CD-3740.pdf

I
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UNA MÁQUINA
TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS DE
LOMBRIZ DE CAPACIDAD DE 1500 kg/h
PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO
MECÁNICO
PABLO HIPÓLITO MARTÍNEZ OCAÑA
[email protected]
FRANKLIN LUIS PRECIADO GUALÁN
[email protected]
DIRECTOR: Ing. JAIME VARGAS T.
[email protected]
Quito, Julio 2011
II
DECLARACIÓN
Nosotros, Pablo Hipólito Martínez Ocaña, y Franklin Luis Preciado Gualán,
declaramos bajo juramento que el trabajo descrito es de nuestra autoría; que no
ha sido previamente presentada para ningún grado o calificación profesional; y,
que hemos consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este
documento.
A través de la presente declaración cedemos nuestros derechos de propiedad
intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional,
según lo establecido por la ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por
la normatividad institucional vigente.
____________________________
____________________________
Pablo Hipólito Martínez Ocaña
Franklin Luis Preciado Gualán
III
CERTIFICACIÓN
Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Pablo Hipólito Martínez
Ocaña y Franklin Luis Preciado Gualán, bajo nuestra supervisión.
__________________________
Ing. Jaime Vargas.
DIRECTOR
__________________________
__________________________
Ing. Jorge Escobar.
Ing. Orwield Guerrero.
COLABORADOR
COLABORADOR
IV
AGRADECIMIENTOS
A Dios todopoderoso por haberme dado sabiduría y fortaleza para alcanzar este
triunfo.
Al Ing. Jaime Vargas por su acertada dirección, guía, apoyo y amistad brindada
en la realización del presente proyecto.
A los ingenieros Jorge Escobar y Orwield Guerrero por su acertada colaboración.
A todos los profesores y secretarias que forman parte de la Facultad de Ingeniería
Mecánica, quienes en todo momento demostraron su apoyo y colaboración.
A mis amigos y compañeros los cuales han sido parte importante en mi vida
universitaria.
Un eterno agradecimiento a la prestigiosa Facultad de Ingeniería Mecánica de la
Escuela Politécnica Nacional, la cual me acogió durante esta etapa de mi vida.
Pablo Hipólito Martínez Ocaña
A Dios por guiarme durante esta etapa de mi vida.
A mi padre, madre y hermanas, ya que gracias a su apoyo incondicional he
logrado cumplir mi meta.
Al Ing. Jaime Vargas por su apoyo en la dirección y realización del proyecto.
Al los ingenieros Jorge Escobar y Orwield Guerrero por su colaboración en la
asesoría de la tesis.
A la Facultad de Ingeniería Mecánica que me brindó todo su conocimiento.
A las secretarias de la Facultad de Ingeniería Mecánica por su amistad.
A todos mis amigos y compañeros que han sido una parte importante durante
toda mi vida universitaria.
Franklin Luis Preciado Gualán
V
DEDICATORIA
Dedico este proyecto de tesis a Dios, por regalarme salud, vida, sabiduría e
inteligencia; porque está conmigo en cada paso que doy, cuidándome y dándome
fortaleza para continuar.
A mi madre Alicia y a mi padre Duval, pilares fundamentales en mi vida, quienes
a lo largo de mi vida han velado por mi bienestar y educación, siendo mí apoyo
en todo momento. Sin ellos, jamás hubiese podido conseguir todo lo que he
logrado hasta el momento. Los amo.
A mis hermanos Duval y Fátima, a mis tíos Eustorgio, Franklin y Jorge, y a mi
abuelita
Romelia,
quienes
siempre
estuvieron
a
mi
lado
apoyándome
incondicionalmente en todo momento.
Pablo Hipólito Martínez Ocaña
Dios que me ha dado la oportunidad de estar en este mundo hasta el día de hoy.
A mi padre Franklin el hombre que más respeto por su honorabilidad y que ha
sido mi guía durante toda mi vida y nunca ha dejado de apoyarme.
A mi madre Gladys una mujer única y maravillosa que con sus consejos llenos de
amor me ha guiado y me ha hecho una persona de bien, gracias por todo el amor
que me da.
A mis hermanas Fabiola y Elizabeth que siempre ha estado pendiente de mí, que
me han brindado todo el cariño que un hermano puede pedir.
A mis Sobrinos que han sido unas personitas que me dan alegría.
A mis amigos y amigas incondicionales que siempre han estado para apoyarme,
les debo mucho, gracias por su apoyo, siempre los llevare presente.
Franklin Luis Preciado Gualán
VI
CONTENIDO
CAPÍTULO I
............................................................................................ 1
MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 1
1.1.
1.1.1.
1.1.2.
1.1.3.
1.1.4.
1.1.5.
1.1.6.
1.1.7.
1.1.8.
1.1.9.
1.1.10.
1.1.11.
1.1.11.1.
1.1.11.2.
1.1.12.
1.2
1.2.1.
1.2.2.
1.3.
1.3.1.
1.3.2.
1.3.3.
1.3.4.
1.3.5.
1.3.6.
1.3.7.
1.4.
1.4.1.
1.4.2.
1.4.2.1.
1.4.2.2.
1.5.
1.5.1.
CONCEPTOS Y DEFINICIONES. ..................................................... 1
ABONO ORGÁNICO. ........................................................................ 1
HUMUS. ............................................................................................ 1
HUMUS DE LOMBRIZ. ...................................................................... 1
LECHO O CAMA. .............................................................................. 1
MATERIA ORGÁNICA. ...................................................................... 2
MATERIAL EXTRAÑO. ..................................................................... 2
RESIDUOS ORGÁNICOS. ................................................................ 2
CARACTERÍSTICAS DEL HUMUS. .................................................. 3
COMPONENTES DEL HUMUS DE LOMBRIZ. ................................. 4
CLASIFICACIÓN DEL PRODUCTO. ................................................. 5
GRANULOMETRÍA. .......................................................................... 6
HUMUS DE LOMBRIZ RÚSTICO. ..................................................... 6
HUMUS DE LOMBRIZ TAMIZADO.................................................... 6
ESPECIFICACIONES SENSORIALES. ............................................ 7
VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL HUMUS DE LOMBRIZ. ........... 7
VENTAJAS. ....................................................................................... 7
DESVENTAJAS................................................................................. 8
PROCESO DE OBTENCIÓN DEL HUMUS DE LOMBRIZ. ............... 8
REQUERIMIENTOS BÁSICOS PARA LA LOMBRICULTURA. ......... 9
HERRAMIENTAS Y MATERIALES. .................................................. 9
CONSTRUCCIÓN DEL LECHO O CAMA. ......................................... 9
TIPOS DE ALIMENTOS O SUSTRATOS. ....................................... 10
COLOCACIÓN DE ALIMENTO Y LOMBRICES EN EL LECHO....... 11
ENEMIGOS DE LA LOMBRIZ Y SU CONTROL. ............................. 13
RIEGO DE LOS LECHOS. ............................................................... 13
PROCESOS DE COSECHA. ........................................................... 13
PROCESO DE POST COSECHA. ................................................... 13
PROCESO DE COSECHA. ............................................................. 13
PROCESO MANUAL. ...................................................................... 14
PROCESO MECÁNICO. ................................................................. 16
MAQUINARIA EXISTENTE PARA EL TRANSPORTE Y
CLASIFICACIÓN DEL HUMUS....................................................... 18
MÁQUINA MINHOBOX DE MOVIMIENTO VIBRATORIO. .............. 18
VII
1.5.2.
MÁQUINA ROTATIVA SEPARADORA DE HUMUS Y
LOMBRICES ................................................................................... 19
CAPÍTULO II
.......................................................................................... 21
REQUERIMIENTOS, PARÁMETROS Y ALTERNATIVAS DE DISEÑO Y
CONSTRUCCIÓN. ........................................................................................... 21
2.1.
2.2.
2.2.1.
2.2.2.
2.2.3.
2.2.3.1.
2.2.3.2.
2.2.3.3.
2.2.3.3.1.
2.2.3.3.2.
2.2.3.3.3.
2.2.3.4.
2.2.3.5.
2.2.3.6.
2.3.
2.3.1.
2.3.1.1.
2.3.1.2.
2.3.1.3.
2.3.2.
2.3.2.1.
2.3.2.2.
2.3.2.3.
2.3.3.
2.3.3.1.
2.3.3.2.
2.3.3.3.
2.4.
2.4.1.
2.4.2.
2.4.3.
ESTUDIO DE CAMPO. .................................................................... 21
REQUERIMIENTOS Y PARÁMETROS DE DISEÑO. ..................... 26
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ............................................. 26
RESTRICCIONES Y LIMITACIONES. ............................................. 26
ESPECIFICACIONES. .................................................................... 27
PARÁMETROS DE DISEÑO. .......................................................... 27
PARÁMETROS FUNCIONALES. .................................................... 27
AMBIENTE DE TRABAJO. .............................................................. 28
TEMPERATURA Y HUMEDAD RELATIVA. .................................... 28
GRADO DE INSTRUCCIÓN DEL OPERADOR. .............................. 28
GRADO DE CONTAMINACIÓN. ..................................................... 28
VIDA ÚTIL. ...................................................................................... 28
MATERIALES. ................................................................................. 28
PROCESOS. ................................................................................... 28
PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS ....................................... 29
ALTERNATIVA I: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE
HUMUS POR MOVIMIENTO ROTATIVO ........................................ 29
DESCRIPCIÓN................................................................................ 29
VENTAJAS. ..................................................................................... 29
DESVENTAJAS............................................................................... 29
ALTERNATIVA II: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE
HUMUS POR MOVIMIENTO VIBRATORIO .................................... 32
DESCRIPCIÓN................................................................................ 32
VENTAJAS. ..................................................................................... 32
DESVENTAJAS............................................................................... 32
ALTERNATIVA III: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE
HUMUS POR MOVIMIENTO ALTERNATIVO. ................................ 34
DESCRIPCIÓN................................................................................ 34
VENTAJAS. ..................................................................................... 34
DESVENTAJAS............................................................................... 34
EVALUACIÓN DE SOLUCIONES................................................... 36
COSTO............................................................................................ 36
COMPLEJIDAD DE LA MÁQUINA................................................... 36
MANTENIMIENTO .......................................................................... 36
VIII
2.4.4.
2.4.5.
2.4.6.
2.5.
2.6.
2.7.
2.7.1.
2.7.2.
2.7.3.
2.7.4.
FLUJO DE HUMUS ......................................................................... 36
PESO .............................................................................................. 36
SISTEMA DE CLASIFICACIÓN ....................................................... 37
RESULTADOS. ............................................................................... 37
SELECCIÓN DE ALTERNATIVA. ................................................... 38
PROTOCOLO DE PRUEBAS. ........................................................ 39
VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES. .............. 39
VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES. ........... 40
TRABAJO EN VACÍO DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA Y
CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ.................................. 40
TRABAJO
CON
CARGA
DE
LA
MÁQUINA
TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE HUMUS DE
LOMBRIZ. ....................................................................................... 41
CAPÍTULO III
.......................................................................................... 42
DISEÑO DEL PROTOTIPO ............................................................................. 42
3.1.
3.1.1.
3.1.2.
3.1.2.1.
3.1.3.
3.1.3.1.
3.1.4.
3.1.5.
3.1.5.1.
3.1.6.
3.1.7.
3.1.7.1.
3.1.7.2.
3.1.7.3.
3.1.7.4.
3.1.7.5.
3.1.8.
CÁLCULOS Y DISEÑO PARA LOS ELEMENTOS DE LA
MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ............... 42
ANÁLISIS VIBRATORIO ................................................................. 42
ANÁLISIS DE LA FUERZA VIBRATORIA VERTICAL ...................... 43
DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE. ................................................... 43
ANÁLISIS DE LA FUERZA VIBRATORIA HORIZONTAL. ............... 45
DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE. ................................................... 46
CÁLCULO PARA EL DISEÑO DEL BASTIDOR MÓVIL ................... 47
CÁLCULO PARA EL DISEÑO DE LA MASA EXCÉNTRICA Y
RADIO DE GIRO. ............................................................................ 48
CONSIDERACIONES PARA EL DISEÑO DE LA MASA
EXCÉNTRICA ................................................................................. 48
CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE LA POTENCIA DEL
MOTOR. .......................................................................................... 53
CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE POLEAS Y BANDAS. .......... 54
DETERMINACIÓN DE LA POTENCIA DE DISEÑO ........................ 54
CÁLCULO PARA EL DIÁMETRO DE LAS POLEAS ........................ 56
DETERMINACIÓN DE LA LONGITUD DE LA BANDA. ................... 56
DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE CONTACTO DE LA
BANDA ............................................................................................ 57
DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE BANDAS ............................. 58
CÁLCULO PARA EL DISEÑO DEL EJE DE LA MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS ........................................................ 60
IX
3.1.8.1.
3.1.8.2.
3.1.8.3.
3.1.8.4.
3.1.8.4.1
3.1.8.4.2
3.1.8.4.3
3.1.8.4.4
3.1.9.
3.1.10.
3.1.10.1.
3.1.11.
3.1.11.1.
3.1.11.2.
3.1.12.
3.1.13.
3.1.13.1.
3.1.13.2.
3.1.13.3.
3.1.14.
3.1.14.1.
3.1.14.2.
3.1.14.3.
3.1.15.
3.1.16.
3.1.17.
3.1.17.1.
3.1.17.2.
3.1.18.
3.1.18.1.
3.1.18.2.
3.1.18.3.
3.1.18.4.
3.1.18.5.
3.1.18.6.
3.1.18.7.
DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE PARA EL EJE DE LA MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS. ....................................................... 62
DIAGRAMA DE ESFUERZO CORTANTE. ...................................... 64
DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR. .......................................... 65
CÁLCULO DE LA FLEXIÓN. ........................................................... 66
ESFUERZO DE FLEXIÓN VS TIEMPO. .......................................... 67
ESFUERZO DE TORSIÓN VS TIEMPO. ......................................... 68
DISEÑO A FATIGA PARA EL EJE DE LA MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS. ....................................................... 69
CÁLCULO DEL FACTOR DE SEGURIDAD..................................... 72
CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE LAS CHUMACERAS
(RODAMIENTOS Y SOPORTES).................................................... 74
CÁLCULO Y DISEÑO DE LA LENGÜETA. ...................................... 76
CÁLCULO DE LA LONGITUD DE LA LENGÜETA. ......................... 77
CÁLCULO DE LOS SOPORTES PARA LA CHUMACERA .............. 78
DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE. ................................................... 79
CÁLCULOS. .................................................................................... 79
CÁLCULO Y DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS APOYOS
DE LA CHUMACERA. ..................................................................... 81
CÁLCULO PARA EL DISEÑO DE LOS RESORTES ....................... 86
CÁLCULO PARA DISEÑAR EL RESORTE. .................................... 86
ANÁLISIS DE PANDEO. .................................................................. 94
ANÁLISIS DE RESONANCIA. ......................................................... 94
CÁLCULO Y DISEÑO DE LOS APOYOS DE SUSTENTACIÓN
DEL BASTIDOR MÓVIL .................................................................. 95
CONSIDERACIONES. .................................................................... 96
DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE. ................................................... 96
CÁLCULOS. .................................................................................... 96
CÁLCULO Y DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS APOYOS
DEL BASTIDOR MÓVIL .................................................................. 98
SELECCIÓN DE PERNOS DE ANCLAJE. .................................... 102
DISEÑO DE LAS TOLVAS. ........................................................... 104
TOLVA GRANO FINO Y GRANO MEDIO. ..................................... 104
TOLVA GRANO GRUESO. ........................................................... 105
CÁLCULO Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS. ..................................................... 105
CONSIDERACIONES. .................................................................. 105
DISEÑO DE LA ESTRUCTURA..................................................... 106
DIAGRAMA DE FUERZAS A SOPORTAR. ................................... 107
ANÁLISIS DE LAS REACCIONES CON SAP2000. ....................... 107
ANÁLISIS DE LA DEFORMACIÓN ................................................ 108
ANÁLISIS DEL ESFUERZO AXIAL. .............................................. 108
ANÁLISIS DE MOMENTOS. .......................................................... 109
X
3.1.18.8. ANÁLISIS DEL FACTOR DE SEGURIDAD. .................................. 110
3.1.18.9. INFORME TÉCNICO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS. ..................................................... 110
3.1.18.9.1.DATOS DE ENTRADA. ................................................................. 110
DE
ELEMENTOS
NORMALIZADOS
Y
3.2.
SELECCIÓN
EXISTENTES PARA LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE
HUMUS DE LOMBRIZ. ................................................................. 114
3.2.1.
LISTADO DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ............................ 114
3.3.
CÁLCULO Y DISEÑO PARA LOS ELEMENTOS DE LA
MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ. ...... 115
3.3.1.
CÁLCULO DEL ÁREA Y VOLUMEN DEL MATERIAL A
TRANSPORTAR. .......................................................................... 116
3.3.2.
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE 14 CANGILONES LLENOS. ......... 117
3.3.3.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE VUELTAS POR HORA. .................. 117
3.3.4.
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD NECESARIA. ............................... 118
3.3.5.
CÁLCULO DEL PESO A TRANSPORTAR. ................................... 119
3.3.6.
CÁLCULO DE LA POTENCIA EN EL EJE MOTRIZ. ...................... 120
3.3.7.
CÁLCULO DE LA POTENCIA MOTRIZ NECESARIA.................... 122
3.3.8.
CÁLCULO DE LA POTENCIA EFECTIVA. .................................... 123
3.3.9.
CÁLCULO DE LA FUERZA PERIFÉRICA EN EL EJE. .................. 124
3.3.10.
CÁLCULO DE LA TENSIÓN MÁXIMA EN LA BANDA
TRANSPORTADORA.................................................................... 125
3.3.11.
CÁLCULO DEL TORQUE EN EL EJE MOTRIZ. ........................... 126
3.3.12.
CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE POLEAS, BANDAS,
CATALINAS Y CADENAS PARA LA TRANSMISIÓN DE LA
UNIDAD TRANSPORTADORA DE HUMUS.................................. 127
3.3.12.1. CÁLCULOS PARA LA BANDA Y POLEAS DEL MOTOR – EJE
MOTRIZ. ........................................................................................ 127
3.3.12.1.1.SELECCIÓN DEL TIPO DE BANDA . ............................................ 127
3.3.12.1.2.SELECCIÓN DE LAS POLEAS. .................................................... 127
3.3.12.1.3.CÁLCULO DE LA LONGITUD DE PASO. ...................................... 128
3.3.12.1.4.DETERMINACIÓN DEL ÁNGULO DE CONTACTO DE LA
BANDA. ......................................................................................... 129
3.3.12.1.5.CÁLCULO DE LA POTENCIA NOMINAL. ..................................... 129
3.3.12.1.6.CÁLCULO DE LA POTENCIA CORREGIDA. ................................ 131
3.3.12.1.7.CÁLCULO DE LA POTENCIA DE DISEÑO. .................................. 131
3.3.12.1.8.CÁLCULO DEL NÚMERO DE BANDAS. ....................................... 132
3.3.12.2. CÁLCULOS Y DISEÑO PARA EL SISTEMA DE TRANSMISIÓN
DEL EJE MOTRIZ – EJE CONDUCTOR – EJE RETORNO. .......... 132
3.3.12.2.1.1.CÁLCULO DE LA RELACIÓN DE TRANSMISIÓN. .................... 135
3.3.12.2.1.2.CÁLCULO DE LA POTENCIA DE DISEÑO. ............................... 135
3.3.12.2.1.3.SELECCIÓN DEL TIPO DE CADENA DE RODILLOS A
UTILIZAR. ..................................................................................... 136
XI
3.3.12.3. CÁLCULO DEL EJE MOTRIZ
DE LA UNIDAD
TRANSPORTADORA DE HUMUS. ............................................... 141
3.3.12.3.1.DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL EJE MOTRIZ DE LA
UNIDAD TRANSPORTADORA DE HUMUS.................................. 145
DE
LAS
TENSIONES
EN
LOS
EJES
3.3.12.3.2.CÁLCULO
COORDENADOS Y Y Z RESPECTIVAMENTE ............................. 146
3.3.12.4. CÁLCULO Y DISEÑO DE LA LENGÜETA. .................................... 151
3.3.12.5. CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE LA CHUMACERA. ............. 153
3.3.12.5.1.CÁLCULO DE LAS CARGAS ESTÁTICAS. ................................... 153
3.3.12.5.2.CAPACIDAD DE CARGA ESTÁTICA NECESARIA (CO). ............. 154
3.3.12.6. DISEÑO DE LA TOLVA DE CARGA. ............................................ 155
3.3.12.7. CÁLCULO Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA
TRANSPORTADORA DE HUMUS. ............................................... 156
3.3.12.7.1.CONSIDERACIONES. .................................................................. 156
3.3.12.7.2.DISEÑO DE LA ESTRUCTURA..................................................... 156
3.3.12.7.3.DIAGRAMA DE FUERZAS A SOPORTAR .................................... 157
3.3.12.7.4.ANÁLISIS DE LAS REACCIONES CON SAP2000. ....................... 157
3.3.12.7.5.ANÁLISIS DE LA DEFORMACIÓN. ............................................... 158
3.3.12.7.6.ANÁLISIS DEL ESFUERZO AXIAL. .............................................. 158
3.3.12.7.7.ANÁLISIS DE MOMENTOS. .......................................................... 159
3.3.12.7.8.ANÁLISIS DEL FACTOR DE SEGURIDAD ................................... 160
3.3.12.7.9.INFORME TÉCNICO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS. ..................................................... 161
3.3.12.7.9.1.DATOS DE ENTRADA. .............................................................. 161
3.3.12.7.9.2.DATOS DE SALIDA .................................................................... 162
3.4.
SELECCIÓN
DE
ELEMENTOS
NORMALIZADOS
Y
EXISTENTES PARA LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE
HUMUS DE LOMBRIZ. ................................................................. 165
3.4.1.
LISTADO DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ............................ 165
3.5.
ELABORACIÓN DE PLANOS DE TALLER Y DE MONTAJE....... 166
CAPÍTULO IV
........................................................................................ 167
CONSTRUCCIÓN, MONTAJE Y PRUEBAS DE CAMPO ............................ 167
4.1.
4.1.1.
4.1.1.1.
4.1.1.2.
4.1.1.3.
4.1.1.4.
4.1.1.5.
PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN..................................... 167
REQUERIMIENTOS PARA LA CONSTRUCCIÓN. ....................... 167
MÁQUINAS Y EQUIPOS. .............................................................. 168
HERRAMIENTAS. ......................................................................... 168
INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y VERIFICACIÓN. ................... 169
MATERIA PRIMA. ......................................................................... 169
ELEMENTOS NORMALIZADOS. .................................................. 169
XII
4.1.1.6.
4.1.1.7.
4.1.1.8.
4.2.
4.2.1.
ELEMENTOS SELECCIONADOS. ................................................ 170
ELEMENTOS A CONSTRUIR. ...................................................... 170
HOJAS DE PROCESOS. ............................................................... 174
PROCEDIMIENTO DEMONTAJE. ................................................ 174
PROCEDIMIENTO DE MONTAJE PARA LA MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS. ..................................................... 174
4.2.1.1. MONTAJE DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS. ..................................................... 174
4.2.1.2. MONTAJE DE LAS TOLVAS PARA GRANO FINO Y GRANO
MEDIO. .......................................................................................... 175
4.2.1.3. MONTAJE DEL BASTIDOR MÓVIL............................................... 175
4.2.1.4. MONTAJE DE LOS ASIENTOS PARA LOS RESORTES. ............. 175
4.2.1.5. MONTAJE DE LOS SOPORTES DE LOS ASIENTOS PARA LOS
RESORTES. .................................................................................. 175
4.2.1.6. MONTAJE DE LA PLACA SOPORTE POSTERIOR. ..................... 176
4.2.1.7. MONTAJE DE LOS RESORTES. .................................................. 176
4.2.1.8. MONTAJE DEL MECANISMO VIBRATORIO. ............................... 176
4.2.1.9. MONTAJE DEL SISTEMA MOTRIZ............................................... 177
4.2.1.10. MONTAJE DE LA TOLVA PARA GRANO GRUESO. .................... 177
4.2.2.
PROCEDIMIENTO DE MONTAJE PARA LA MÁQUINA
TRANSPORTADORA DE HUMUS. ............................................... 177
4.2.2.1. MONTAJE DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA
TRANSPORTADORA DE HUMUS. ............................................... 177
4.2.2.2. MONTAJE DE LOS ASIENTOS DE LA CHUMACERA. ................. 177
4.2.2.3. MONTAJE DE LA CUBIERTA INFERIOR. ..................................... 178
4.2.2.4. MONTAJE DE LA TOLVA DE CARGA........................................... 178
4.2.2.5. MONTAJE DE LOS CANGILONES EN LA BANDA DE NYLON..... 178
4.2.2.6. MONTAJE DE LOS EJES, CHUMACERAS Y DE LA BANDA
TRANSPORTADORA CON CANGILONES. .................................. 178
4.2.2.7. MONTAJE DE LA POLEA EN EL EJE MOTRIZ. ............................ 179
4.2.2.8. MONTAJE DEL SISTEMA MOTRIZ............................................... 179
4.2.2.9. MONTAJE DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN POR CADENAS
DE RODILLOS............................................................................... 179
4.3.
EJECUCIÓN DE PROCEDIMIENTOS........................................... 179
4.4.
PRUEBAS DE CAMPO. ................................................................. 182
4.4.1.
CORRIDA DE PRUEBAS. ............................................................. 183
4.4.2.
RESULTADOS. ............................................................................. 183
4.4.3.
ANÁLISIS DE RESULTADOS........................................................ 183
XIII
CAPÍTULO V
........................................................................................ 184
ANÁLISIS ECONÓMICO DEL PROYECTO .................................................. 184
5.1.
5.2.
5.2.1.
5.2.2.
5.2.3.
5.2.3.1.
5.2.3.2.
5.2.3.3.
5.2.3.4.
5.2.3.5.
5.2.4.
5.2.4.1.
5.2.4.2.
5.2.4.3.
5.2.4.4.
5.2.5.
5.3.
5.3.1.
5.3.2.
5.3.3.
5.3.3.1.
5.3.3.2.
5.3.3.3.
5.3.3.4.
5.3.3.5.
5.3.4.
5.3.4.1.
5.3.4.2.
5.3.4.3.
5.3.4.4.
5.3.5.
5.4.
INTRODUCCIÓN........................................................................... 184
COSTO
DE
CONSTRUCCIÓN
DE
LA
MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS. .................................................... 185
COMPONENTES DE LA UNIDAD CLASIFICADORA DE HUMUS 185
PERSONAL REQUERIDO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA
MÁQUINA ...................................................................................... 185
COSTOS DIRECTOS. ................................................................... 186
COSTOS DE MATERIALES DIRECTOS. ...................................... 186
COSTOS DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ............................ 187
COSTOS DE MAQUINADO. .......................................................... 187
COSTOS DE MONTAJE. ............................................................... 188
COSTO DIRECTO TOTAL. ........................................................... 188
COSTOS INDIRECTOS. ............................................................... 189
COSTOS DE MATERIALES INDIRECTOS. .................................. 189
COSTOS DE INGENIERÍA. ........................................................... 189
GASTOS IMPREVISTOS. ............................................................. 189
COSTO TOTAL INDIRECTO. ........................................................ 190
COSTO TOTAL DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA. .................. 190
COSTO
DE
CONSTRUCCIÓN
DE
LA
MÁQUINA
TRANSPORTADORA DE HUMUS. .............................................. 191
COMPONENTES DE LA UNIDAD TRANSPORTADORA DE
HUMUS ......................................................................................... 191
PERSONAL REQUERIDO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA
MÁQUINA ...................................................................................... 191
COSTOS DIRECTOS. ................................................................... 192
COSTOS DE MATERIALES DIRECTOS. ...................................... 192
COSTOS DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ............................ 192
COSTOS DE MAQUINADO. .......................................................... 193
COSTOS DE MONTAJE. ............................................................... 194
COSTO DIRECTO TOTAL. ........................................................... 194
COSTOS INDIRECTOS. ............................................................... 195
COSTOS DE MATERIALES INDIRECTOS. .................................. 195
COSTOS DE INGENIERÍA. ........................................................... 195
GASTOS IMPREVISTOS. ............................................................. 195
COSTO TOTAL INDIRECTO. ........................................................ 195
COSTO TOTAL. ............................................................................ 196
COSTO TOTAL DEL PROYECTO. ............................................... 196
XIV
CAPÍTULO VI
................................ ¡ERROR! MARCADOR NO DEFINIDO.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................................. 197
6.1.
6.2.
CONCLUSIONES.......................................................................... 197
RECOMENDACIONES. ................................................................ 199
BIBLIOGRAFÍA
........................................................................................ 200
CONSULTAS WEB ........................................................................................ 201
XV
ÍNDICE DE FOTOGRAFÍAS
FOTOGRAFÍA 1.1 LECHO O CAMA PARA EL PROCESO DE OBTENCIÓN
DE HUMUS DE LOMBRIZ. ................................................. 10
FOTOGRAFÍA 1.2 ALIMENTOS Y SUSTRATOS UTILIZADOS PARA EL
VERMICOMPOSTAJE. ....................................................... 10
FOTOGRAFÍA 1.3 COLOCACIÓN DE LOMBRICES EN LA CAMA ................ 12
FOTOGRAFÍA 1.4 PRODUCTOS A SER COLOCADOS EN EL LECHO ........ 12
FOTOGRAFÍA 1.5 TRAMPA DE COSECHA PARA LOMBRICES. ................... 15
FOTOGRAFÍA 1.6 PROCESO DE CERNIDO MANUAL. ................................ 16
FOTOGRAFÍA 1.7 MÁQUINA SEPARADORA DE HUMUS.............................. 17
FOTOGRAFÍA 1.8 HUMUS DE LOMBRIZ LISTO PARA LA VENTA. .............. 17
FOTOGRAFÍA 2.1 VISITA COMUNIDAD TAMBOLOMA (AMBATO –
TUNGURAHUA)…………………………………………….....23
FOTOGRAFÍA 2.2 CAMAS DEL PROYECTO DE LOMBRICULTURA DE LA
COMUNIDAD TAMBOLOMA………………………………....24
FOTOGRAFÍA 2.3 DISTRIBUCIÓN DE LOS LECHOS DEL PROYECTO DE
LOMBRICULTURA DE LA COMUNIDAD TAMBOLOMA…24
FOTOGRAFÍA 2.4 CAMA DE LOMBRICOMPOSTA DE 8 MESES……………25
FOTOGRAFÍA 4.1 CORTE DE TUBOS CUADRADOS………………………..173
FOTOGRAFÍA 4.2 SOLDADURA DE LA ESTRUCTURA……………………..173
FOTOGRAFÍA 4.3 CORTE DE LA PLANCHA PARA LAS TOLVAS………....174
FOTOGRAFÍA 4.4 SOLDADURA DE LA PLACA POSTERIOR………………174
FOTOGRAFÍA 4.5 ESMERILADO DE ARISTAS VIVAS DE LAS PLACAS…175
FOTOGRAFÍA 4.6 TALADRADO DE AGUJEROS EN LOS ASIENTOS
SOPORTES PARA LAS CHUMACERAS……...................175
FOTOGRAFÍA 4.7 PRUEBAS DE CAMPO REALIZADAS AL PROTOTIPO...184
XVI
ÍNDICE DE FIGURAS
FIGURA 1.1 PROCESO DE ELABORACIÓN DEL HUMUS EN EL CUERPO
DE LA LOMBRIZ.............................................................................. 11
FIGURA 1.2 MÁQUINA TAMIZ HUMUS. .......................................................... 19
FIGURA 1.3 MÁQUINA COMPOSTEADORA................................................... 20
FIGURA 2.1 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DE LA PROVINCIA DE
TUNGURAHUA DENTRO DE LA REPÚBLICA DEL ECUADOR. .... 22
FIGURA 2.2 UBICACIÓN GEOGRÁFICA DEL CANTÓN AMBATO EN LA
PROVINCIA DE TUNGURAHUA. .................................................... 22
FIG. 2.3 ALTERNATIVA I: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE
HUMUS POR MOVIMIENTO ROTATIVO. ....................................... 31
FIG. 2.4 ALTERNATIVA II: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE
HUMUS POR MOVIMIENTO VIBRATORIO. ................................... 33
FIG. 2.5 ALTERNATIVA III: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE
HUMUS POR MOVIMIENTO ALTERNATIVO. ................................ 35
FIGURA3.1 ANÁLISIS VIBRATORIO ............................................................... 42
FIGURA3.2 ANÁLISIS VIBRATORIO VERTICAL ............................................ 43
FIGURA 3.3 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE ANÁLISIS VIBRATORIO
VERTICAL. ...................................................................................... 43
FIGURA 3.4 ANÁLISIS VIBRATORIO HORIZONTAL ...................................... 45
FIGURA 3.5 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL ANÁLISIS VIBRATORIO
HORIZONTAL. ................................................................................ 46
FIGURA3.6 DISEÑO DEL BASTIDOR MÓVIL.................................................. 47
FIGURA 3.7 RELACIÓN DE FRECUENCIAS .................................................. 49
FIGURA 3. 8 DISTINTAS POSICIONES DE AMPLITUD PARA RESORTES. .. 51
FIGURA 3.9 MASA EXCÉNTRICA SELECCIONADA. ..................................... 53
FIGURA 3.10 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL EJE ................................ 62
FIGURA 3.11 DIAGRAMA DE TRANSMISIÓN POR BANDA. .......................... 63
FIGURA 3.12 DIAGRAMA CORTANTE PARA EL EJE DE LA
EXCÉNTRICA…………………………………………..……………...66
FIGURA 3.13 DIAGRAMA DE MOMENTO FLECTOR PARA EL EJE DE LA
EXCÉNTRICA. ................................................................................ 65
FIGURA 3.14 DIAGRAMA ESFUERZO DE FLEXIÓN EN FUNCIÓN DEL
TIEMPO PARA EL EJE. ................................................................... 67
FIGURA 3.15 DIAGRAMA ESFUERZO DE TORSIÓN EN FUNCIÓN DEL
TIEMPO PARA EL EJE. ................................................................... 68
FIGURA 3.16 GRÁFICO PARA EL DISEÑO DE LA LENGÜETA. ..................... 77
FIGURA 3.17 GRÁFICO DEL DISEÑO DEL SOPORTE PARA LA
CHUMACERA. ................................................................................ 78
XVII
FIGURA 3.18 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL SOPORTE DE LA
LENGÜETA. .................................................................................... 79
FIGURA 3.19 DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS SOPORTES DE LA
CHUMACERA. ................................................................................ 81
FIGURA 3.20 FUERZA MÁXIMA DE LA SOLDADURA PARA LOS
SOPORTES DE LA CHUMACERA. ................................................. 83
FIGURA 3.21DIMENSIONES FINALES DEL CORDÓN DE SOLDADURA. ..... 85
FIGURA 3.22 RESORTE HELICOIDAL ............................................................ 86
FIGURA 3.23 RESULTANTE DE LOS ESFUERZOS A LOS QUE ESTÁ
SOMETIDO EL RESORTE. ............................................................. 87
FIGURA 3.24 EXTREMOS DE LOS RESORTES PARA DISTINTAS
APLICACIÓN ................................................................................... 92
FIGURA 3.25 RESORTE SELECCIONADO PARA LA APLICACIÓN ............... 93
FIGURA 3.26 APOYO DE SUSTENTACIÓN DEL BASTIDOR MÓVIL. ............ 95
FIGURA 3.27 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE PARA LOS APOYOS DE
SUSTENTACIÓN DEL BASTIDOR MÓVIL. ..................................... 96
FIGURA 3.28 DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS APOYOS DE
SUSTENTACIÓN DEL BASTIDOR MÓVIL. ..................................... 98
FIGURA 3.29 FUERZA MÁXIMA DE LA SOLDADURA PARA LOS
SOPORTES DE LA CHUMACERA. ............................................... 100
FIGURA 3.30 DIMENSIONES FINALES DEL CORDÓN DE SOLDADURA
PARA LOS SOPORTES DE LA CHUMACERA. ............................ 102
FIGURA 3.31 DIMENSIONES DE LA TOLVA DE GRANO FINO Y GRANO
MEDIO. .......................................................................................... 104
FIGURA 3.32 DIMENSIONES DE LA TOLVA DE GRANO GRUESO. ............ 105
FIGURA 3.33 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). ................................... 106
FIGURA 3.34 REPRESENTACIÓN DE LAS FUERZAS QUE SOPORTARA
LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE
HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 107
FIGURA 3.35 ANÁLISIS DE LAS REACCIONES QUE SOPORTARA LA
ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS
(SAP2000). .................................................................................... 107
FIGURA 3.36 ANÁLISIS DE LAS DEFORMACIONES QUE SOPORTARA
LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE
HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 108
FIGURA 3.37 ANÁLISIS DEL ESFUERZO AXIAL DE LA ESTRUCTURA DE
LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). ............ 108
FIGURA 3.38 DIAGRAMA DEL ESFUERZO AXIAL DE LA ESTRUCTURA
DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). ...... 109
FIGURA 3.39 DIAGRAMA DE MOMENTOS DE LA ESTRUCTURA DE LA
MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS (SAP2000). ................. 109
XVIII
FIGURA 3.40 ANÁLISISDEL FACTOR DE SEGURIDAD DE LA
ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS
(SAP2000). .................................................................................... 110
FIGURA 3.41 CADENA DE RODILLOS Y SUS COMPONENTES
PRINCIPALES. .............................................................................. 133
FIGURA 3.42 CADENA DE RODILLOS SIMPLE DIN 8187. ........................... 133
FIGURA 3.43 SECCIÓN DE UNA CADENA DE RODILLOS SIMPLE DIN
8187 .............................................................................................. 133
FIGURA 3.44CONEXIÓN ENTRE UNA CADENA Y UNA RUEDA DENTADA 134
FIGURA 3.45DIAGRAMA DE TENSIONES ACTUANTES SOBRE LA
POLEA Y CATALINA DEL EJE MOTRIZ. ...................................... 144
FIGURA 3.46 DIAGRAMA DE CUERPO LIBRE DEL EJE MOTRIZ. .............. 145
FIGURA 3.47 DIAGRAMA DE LAS TENSIONES EN LA SECCIÓN
`TRANSVERSAL DEL EJE, PROVOCADAS POR LA BANDA Y
CADENA DE TRANSMISIÓN. ....................................................... 145
FIGURA 3.48 DIAGRAMA CORTANTE DEL EJE MOTRIZ EN EL PLANO
X-Y. ............................................................................................... 148
FIGURA 3.49 DIAGRAMA DE MOMENTOS DEL EJE MOTRIZ EN EL
PLANO X-Y. .................................................................................. 148
FIGURA 3.50 DIAGRAMA CORTANTE DEL EJE MOTRIZ EN EL PLANO
X-Z. ................................................................................................ 149
FIGURA 3.51DIAGRAMA DE MOMENTOS DEL EJE MOTRIZ EN EL
PLANO X-Z. ................................................................................... 149
FIGURA 3.52DIAGRAMA DE LAS FUERZAS QUE ACTÚAN SOBRE
UNALENGÜETA............................................................................ 152
FIGURA 3.53 DIMENSIONES DE LA TOLVA DE CARGA.............................. 155
FIGURA 3.54 DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA
TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). ............................. 156
FIGURA 3.55 REPRESENTACIÓN DE LAS FUERZAS QUE SOPORTARA
LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE
HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 157
FIGURA 3.56 ANÁLISIS DE LAS REACCIONES QUE SOPORTARA LA
ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE
HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 157
FIGURA 3.57 ANÁLISIS DE LAS DEFORMACIONES QUE SOPORTARA
LA ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE
HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 158
FIGURA 3.58 ANÁLISIS DEL ESFUERZO AXIAL DE LA ESTRUCTURA DE
LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). ...... 158
FIGURA 3.59DIAGRAMA DEL ESFUERZO AXIAL DE LA ESTRUCTURA
DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). 159
FIGURA 3.60DIAGRAMA DE MOMENTOS DE LA ESTRUCTURA DE LA
MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS (SAP2000). ........... 159
XIX
FIGURA 3.61ANÁLISIS DEL FACTOR DE SEGURIDAD DE LA
ESTRUCTURA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE
HUMUS (SAP2000). ...................................................................... 160
XX
ÍNDICE DE TABLAS
TABLA 1.1 COMPONENTES DEL HUMUS DE LOMBRIZ................................. 4
TABLA 1.2 GRADOS DE CALIDAD PARA EL HUMUS DE LOMBRIZ ................ 5
TABLA 2.1 CRITERIOS DE COMPARACIÓN Y CÓDIGOS DE
EQUIVALENCIA. ............................................................................. 37
TABLA 2.2 CUADRO DE SELECCIÓN DE LAS CLASIFICADORAS DE
HUMUS CON CRITERIOS PREVIAMENTE DEFINIDOS SEGÚN
(MPC). ............................................................................................. 38
TABLA 2.3 VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES. ............. 39
TABLA 2.4 VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES. .......... 40
TABLA 2.5 TRABAJO EN VACÍO DE LA CLASIFICADORA. ........................... 40
TABLA 2.6 TRABAJO CON CARGA DE LA CLASIFICADORA. ....................... 41
TABLA 3.1 ITERACIÓN DE VALORES Y SELECCIÓN DE LAS
DIMENSIONES MÁS ADECUADAS DE LA MASA
EXCÉNTRICA. ................................................................................ 52
TABLA 3.2 DIÁMETROS NORMALIZADOS DE ALAMBRES SEGÚN DIN
2097 ................................................................................................ 88
TABLA 3.3 VALORES PARA REALIZAR LA ITERACIÓN DE
DIFERENTES VALORES DE DIÁMETRO DEL RESORTE Y
PASO PARA DETERMINAR LAS DEMÁS DIMENSIONES DEL
RESORTE. ...................................................................................... 93
TABLA 3.4 DEFINICIONES DE COMBINACIÓN. ......................................... 110
TABLA 3.5 PROPIEDADES DEL MATERIAL. ............................................... 111
TABLA 3.6 PROPIEDADES MECÁNICAS BÁSICAS. .................................. 111
TABLA 3.7 PROPIEDADES DEL ACERO. .................................................... 111
TABLA 3.8 CONJUNTO CARGAS - FUERZA. .............................................. 111
TABLA 3.9 PROPIEDADES DE LA SECCIÓN. ............................................. 112
TABLA 3.10 PROPIEDADES DE LA SECCIÓN. ........................................... 112
TABLA 3.11 DESPLAZAMIENTOS. .............................................................. 112
TABLA 3.12 REACCIONES. .......................................................................... 112
TABLA 3.13 RESUMEN DE DATOS DEL PERFIL UPN80. .......................... 113
TABLA 3.14 RANGO DE VALORES DE PASO Y CARGA LÍMITE PARA
CADENA DE RODILLOS .............................................................. 136
TABLA 3.15 DEFINICIONES DE COMBINACIÓN. ....................................... 161
TABLA 3.16 PROPIEDADES DEL MATERIAL. ............................................. 161
TABLA 3.17 PROPIEDADES MECÁNICAS BÁSICAS. ................................ 161
TABLA 3.18 PROPIEDADES DEL ACERO. .................................................. 161
TABLA 3.19 CONJUNTO CARGAS - FUERZA. ............................................ 162
XXI
TABLA 3.20 PROPIEDADES DE LA SECCIÓN . .......................................... 162
TABLA 3.21 PROPIEDADES DE LA SECCIÓN. ........................................... 162
TABLA 3.22 DESPLAZAMIENTOS. .............................................................. 162
TABLA 3.23 REACCIONES. .......................................................................... 163
TABLA 5.1 COSTOS DE MATERIALES DIRECTOS. ..................................... 186
TABLA 5.2 COSTOS DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ........................... 187
TABLA 5.3 COSTOS DE MAQUINADO. ......................................................... 187
TABLA 5.4 COSTO DIRECTO TOTAL............................................................ 188
TABLA 5.5 COSTOS DE MATERIALES INDIRECTOS. ................................. 189
TABLA 5.6 COSTO TOTAL INDIRECTO. ....................................................... 190
TABLA 5.7 COSTO TOTAL DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA. ................. 190
TABLA 5.8 COSTOS DE MATERIALES DIRECTOS. ..................................... 192
TABLA 5.9 COSTOS DE ELEMENTOS NORMALIZADOS. ........................... 193
TABLA 5.10 COSTOS DE MAQUINADO. ....................................................... 193
TABLA 5.11 COSTO DIRECTO TOTAL.......................................................... 194
TABLA 5.12 COSTOS DE MATERIALES INDIRECTOS. ............................... 195
TABLA 5.13 COSTO TOTAL INDIRECTO. ..................................................... 196
TABLA 5.14 COSTO TOTAL DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA........... 196
TABLA 5.15 COSTO TOTAL DEL PROTOTIPO. ............................................ 196
XXII
SIMBOLOGÍA
A
: área.
B
: espesor de la viga.
c
: distancia al eje neutro.
C
: distancia entre los centros de las poleas.
C1
: factor en función del ángulo de abrazamiento y tipo de eje.
C2
: resistencia de la banda.
C4
: factor en función del largo de cinta.
d
: diámetro del alambre.
D
: diámetro del resorte.
deje
: diámetro del eje.
dp
: diámetro de paso de la polea menor.
Dp
: diámetro de paso de la polea mayor.
F
: fuerza vibratoria en cada soporte.
f
: factor de servicio de sobrecarga .
F1
: tensión máxima en la banda.
FA
: resistencia a la fatiga para NA ciclos.
Fa
: carga axial real.
FB
: resistencia a la fatiga para NB ciclos.
Fc
: fuerza cortante media.
Fpt
: fuerza periférica en el eje.
Fr
: carga radial real.
G
: módulo de rigidez.
h
: altura máxima de la viga.
H´r
: potencia corregida.
Ho
: momento angular.
Hr
: potencia nominal.
I
: momento de inercia.
i
: relación de velocidades angulares, relación de diámetros.
J
: momento polar de inercia.
k
: constante del resorte.
XXIII
K
: elasticidad del sistema.
K1
:
K2
: peso de los ejes de carga.
K3
: peso de los ejes de retorno.
K4
: peso a transportar.
ka
: factor de superficie.
kb
: factor de tamaño.
kc
: factor de confiabilidad.
kd
: factor de temperatura.
ke
: factor de modificación por concentración de esfuerzos.
Kf
: factor de efectos diversos.
Kfr
: factor de reducción de resistencia en el caso de fatiga.
Ks
: factor de multiplicación del esfuerzo cortante.
kt
: factor de concentración de esfuerzo, teórico o geométrico.
Kv
: constante elástica.
L
: longitud libre del resorte.
L10h
: duración nominal en horas de servicio.
Li
: longitud interior de la banda.
Lp
: longitud de paso (o efectiva) de la banda.
m
: masa de excéntrica.
M
: masa del sistema.
Mbm
: masa del bastidor móvil.
peso de la banda.
Mmáx : momento máximo.
Mt
: torque producido por la masa excéntrica.
Mtr
: momento torsor.
n
: factor de seguridad.
N
: número de vueltas o espiras activas.
N°veces : número de veces que la cinta debe ser cargada por hora.
n1
: velocidad angular del motor.
n2
: velocidad angular de la excéntrica.
NT
: número total de espiras.
P
: peso.
P.P.
: peso ponderado.
XXIV
Pd
: potencia de diseño.
Pefectiva: potencia efectiva.
Pm
: potencia motriz necesaria.
Pmáx
: carga axial máxima.
Pmc
: potencia del motor de la máquina clasificadora.
Pt
: potencia del eje motriz.
q
: sensibilidad a las ranuras o muescas.
Q
: carga total sobre la viga.
r
: relación de frecuencias.
R
: distancia de excentricidad.
S´e
: límite de resistencia a la fatiga de la muestra de viga rotatoria.
Se
: límite de resistencia a la fatiga del eje.
Sse
: límite de fatiga a la cortadura completamente corregida.
Ssy
: resistencia de fluencia al cortante.
Sut
: resistencia última a la tracción.
Sy
: resistencia de fluencia.
V
: volumen.
V14
: volumen de los 14 cangilones llenos de humus.
Vtotal : volumen total.
w
: frecuencia forzada del sistema.
W
: velocidad angular
wn
: frecuencia natural del sistema.
X
: factor radial.
X
: amplitud de la vibración.
Y
: factor axial.
y
: deflexión del resorte.
Y
: amplitud de la vibración.
Zw
: módulo de la sección.
α
: ángulo de inclinación de la banda transportadora.
δ
: deflexión estática.
η
: rendimiento.
Θs
: ángulo de contacto de la banda.
ρ
: densidad.
XXV
σadm
: esfuerzo admisible de flexión del material.
σx
: esfuerzo de flexión.
߬
: esfuerzo cortante.
߬஺
: amplitud de esfuerzo.
߬ெ
: esfuerzo medio.
߬ୟୢ୫
߬௫௬
: esfuerzo cortante máximo.
: esfuerzo a torsión.
XXVI
RESUMEN
El proyecto de titulación, contempla el diseño y construcción de una máquina
clasificadora y transportadora de humus de lombriz.
En la actualidad, es necesario proporcionar un valor agregado a la producción
realizada por el pequeño y mediano lombricultor, ya que dentro de su actividad
económica, la clasificación del humus es un proceso mediante el cual el producto
aumenta su valor comercial.
El presente proyecto se encuentra desarrollado en cinco capítulos que contienen:
CAPÍTULO 1. Marco Teórico. Resume conceptos y términos utilizados en la
lombricultura, así como también datos importantes sobre las ventajas y
desventajas, proceso de obtención y cosecha del humus de lombriz ymaquinaria
existente para el transporte y clasificación del humus en el Ecuador.
CAPÍTULO 2. Requerimientos, parámetros
y alternativas de diseño y
construcción.La finalidad de efectuar el estudio de campo, es determinar los
requerimientos y parámetros en los cuales se basan los diseños de los elementos
mecánicos, además presenta el análisis y selección de alternativas, así como
también el Protocolo de Pruebas que se realizan al prototipo al finalizar su
construcción.
CAPÍTULO 3. Diseño del prototipo. Contiene los diseños de los elementos
mecánicos y partes que conforman el prototipo. Para desarrollar el diseño de la
clasificadora y transportadora de humus de lombriz se contempla sus
características, elementos mecánicos y la estructura soportante, basándose en
fórmulas y recomendaciones de distintos autores.
CAPÍTULO 4. Construcción, montaje y Pruebas de Campo. En la construcción
y montaje se detallan procesos de fabricación de cada una de las partes que
constituyen la máquina. También se presenta la secuencia de montaje de los
elementos componentes para su posterior construcción y las Pruebas de Campo
realizadas.
XXVII
CAPÍTULO 5. Análisis económico del proyecto. Se obtiene el costo total del
proyecto, analizando los costos directos e indirectos.
Conclusiones y recomendaciones. Las conclusiones y recomendaciones se
extraen de las principales observaciones del desarrollo del diseño y construcción
de la clasificadora y transportadora de humus de lombriz.
XXVIII
PRESENTACIÓN
El compostaje es una tecnología sencilla y económica para aprovechar toda clase
de basura biodegradable: desechos de jardín o cocina, papeles, estiércoles
animales, serraduras etc. Con ayuda de microorganismos y/o de lombrices se
produce tierra humus de los desechos orgánicos.
Se puede aplicar tanto a gran escala (a nivel municipal, empresarial o
comunidades pequeñas) como individualmente (cultivadores individuales, en el
jardín, en la finca).
El compostaje es un proceso biológico en el cual las materias orgánicas se
transforman en tierra de humus (abono orgánico) bajo el impacto de
microorganismos. De tal manera que sean aseguradas las condiciones necesarias
(especialmente temperatura, aireación y humedad), se realiza la fermentación
aeróbica de éstas materias. En plantas de compostaje, este proceso natural es
optimizado con ayuda de ingeniería. Después del compostaje completo, el
producto “la tierra humus” que se llama compost o abono es impecable desde el
punto de vista de la higiene y se puede utilizar para la horticultura, agricultura,
silvicultura, el mejoramiento del suelo o la arquitectura del paisaje.
El compostaje es un método conocido en el Ecuador. A nivel agrícola se han
realizado varias experiencias con el compostaje, como es el caso de la
Comunidad Tamboloma, ubicada en el Cantón Ambato, Provincia de Tungurahua;
la misma que cuenta con la materia prima e instalaciones propias, pero carece de
maquinaria tecnificada que optimice la producción de humus de lombriz, por lo
tanto, aparece la necesidad de diseñar una máquina para separar y clasificar el
humus de contaminantes y materiales extraños, con la finalidad de obtener una
alta productividad y un abono orgánico de mejor calidad.
1
CAPÍTULO I
MARCO TEÓRICO
1.1.
CONCEPTOS Y DEFINICIONES.
1.1.1. ABONO ORGÁNICO.
Es un producto natural resultante de la descomposición de materiales de origen
vegetal, animal o mixto, que tienen la capacidad de mejorar la fertilidad y
estructura del suelo, la capacidad de retención de la humedad, activar su
capacidad biológica y por ende mejorar la producción y productividad de los
cultivos.
1.1.2. HUMUS.
Son sustancias de composición química compleja, órgano-mineral, de alto peso
molecular, muy estables, de color negro a café oscuro, que se forman durante el
proceso de transformación de la materia orgánica.
1.1.3. HUMUS DE LOMBRIZ.
Es el producto resultante de la transformación digestiva y metabólica de la materia
orgánica, mediante la crianza sistemática de lombrices de tierra, denominada
lombricultura, que se utiliza fundamentalmente como mejorador, recuperador o
enmienda orgánica de suelos, abono orgánico, germinador, sustrato de
crecimiento, entre otros usos.
1.1.4. LECHO O CAMA.
Se refiere al sitio designado para la crianza de lombrices y producción de humus
de lombriz.
2
1.1.5. MATERIA ORGÁNICA.
Consiste en materiales derivados de organismos vivos que, en calidad de
residuos orgánicos, se utilizan para alimentar a las lombrices para producir el
humus de lombriz o lombricomposta.
1.1.6. MATERIAL EXTRAÑO.
Es todo aquel material que se añade o adiciona al producto y que no proviene de
la descomposición natural de la materia orgánica procesada.
1.1.7. RESIDUOS ORGÁNICOS.
Es aquella materia orgánica en descomposición, que se genera como
subproducto y que se utiliza como alimento para las lombrices, por ejemplo: pulpa
de café, cachaza de caña de azúcar, desperdicios orgánicos urbanos, restos de
alimentos, estiércol de animales, hojarasca, cortes de jardín, etcétera.
Se consideran residuos orgánicos para lombricompostaje los siguientes puntos:
a) Residuos de la producción agrícola de frutas, hortalizas, legumbres,
cereales, forrajes, fibras, aceites comestibles, tabaco, café y otros
similares;
b) Residuos
de
agroindustrias
de
conservas,
beneficio
de
café,
deshidratados, congelados, empacadoras, de hongos comestibles,
industria azucarera, tequilera;
c) Residuos de sistemas pecuarios: estiércol, pelo, plumas, orín;
d) Residuos de industrias de preparación y transformación de carnes,
pescados, previamente mezclados con materiales vegetales de alta
relación carbono/nitrógeno;
e) Residuos orgánicos domiciliarios y residuos orgánicos de mercados y
supermercados;
3
f) Residuos orgánicos urbanos (de poda, de jardines, de parques y áreas
verdes);
g) Residuos de la industria maderera que no tenga sustancias toxicas, lacas
ni barnices; y
h) Lodos de plantas de tratamiento secundario y de aguas servidas
(domésticas y agroindustriales).
Quedan excluidos como materia prima para la lombricomposta, humus de lombriz,
los siguientes residuos:
a) Residuos sanitarios;
b) Residuos hospitalarios;
c) Residuos infecciosos;
d) Residuos peligrosos;
e) Animales muertos por zoonosis o por enfermedades de alto riesgo;
f) Lodos de plantas de tratamiento de aguas de zonas industriales; y
g) Aquellos que determinen las autoridades competentes.
1.1.8. CARACTERÍSTICAS DEL HUMUS.
El humus es materia orgánica degradada a su último estado de descomposición
por efectos de microorganismos, que se encuentra químicamente estabilizada,
por lo que regula la dinámica de la nutrición vegetal en el suelo. Es un mejorador
de las características físico-químicas del suelo.
4
1.1.9. COMPONENTES DEL HUMUS DE LOMBRIZ.
Los componentes del humus de lombriz se explican en la Tabla 1.1:
Tabla 1.1 Componentes del Humus de Lombriz.
COMPONENTES
VALORES MEDIOS
Nitrógeno
1.95 - 2.2%
Fósforo
0.23 - 1.8%
Potasio
1.07 - 1.5%
Calcio
2.70 - 4.8%
Magnesio
0.3 - 0.81%
Hierro disponible
75 mg/l
Cobre
89 mg/kg
Zinc
125 mg/kg
Manganeso
455 mg/kg
Boro
57.8 mg/kg
Carbono Orgánico
22.53 %
C/N
11.55 %
Ácidos Húmicos
Hongos
Levaduras
2.57 g Eq/100g
1500 c/g
10 c/g
Fuente: Centro de Investigación y Desarrollo. Lombricultura S.C.I.C
Elaboración: Propia.
5
1.1.10. CLASIFICACIÓN DEL PRODUCTO.
El humus de lombriz se clasifica en los siguientes grados:
·
Extra
·
Primera
·
Segunda
En la Tabla 1.2 se pueden observar los grados de calidad.
Tabla 1.2 Grados de calidad para el humus de lombriz
ATRIBUTOS
EXTRA
PRIMERA
SEGUNDA
Material mineral extraño (%
De 0.0 a 1.5% De 1.51 a 3.0%
sobre materia seca p/p)
De 3.1 a 5.0%
Material orgánico no
digerido por las lombrices
(% sobre materia seca p/p)
De 0 3.0%
De 6.1 a 10.0%
Material inerte (% vidrio,
metales, plásticos,
etcétera).
<0.5%
Semillas viables (semillas
L-1)
≤1
Lombrices vivas (lombrices <0.2 (una por
L-1)
cada 5 L)
De 3.1 a 6.0%
De 0.51 a 1.0% De 1.01 a 1.5%
>1 - ≤1.5
>1.5 - ≤2
0.2 (una por
cada 5 L)
0.4 (dos por
cada 5 L)
Fuente: Centro de Investigación y Desarrollo. Lombricultura S.C.I.C
Elaboración: Propia.
1
1
Norma Mexicana: NMX-FF-109-SCFI-2007HUMUS
6
1.1.11. GRANULOMETRÍA.
La granulometría se refiere a la clasificación por tamaños de las partículas y
agregados que conforman el producto y que le confieren propiedades de textura,
porosidad y apariencia uniforme reconocibles, pudiendo ser desde polvos finos
hasta grumos gruesos, en sus diferentes variantes y rangos de tamaños.
Sin que éste parámetro determine el grado de calidad del producto, el grado de
finura puede establecerse entre el comprador y el vendedor.
El humus de lombriz, aunque provenga y surja de los intestinos de las lombrices y
por ello sus turrículos tengan un tamaño original muy pequeño, al cosecharse y
procesarse para su venta, sus excretas se disgregan o se agregan de forma
variable, pudiendo para su favorable comercialización, hacerse pasar a través de
un tamiz (zaranda, cernidor, cedazo, harnero o malla criba), para uniformizar su
estructura y retirar las partículas fuera del rango de tamaño.
En cualquiera de los grados de calidad del humus, debe señalarse la ejecución o
ausencia de éste procedimiento de tamizado, mediante al menos una de las
siguientes alternativas.
1.1.11.1. Humus de lombriz rústico.
Humus de lombriz rústico o no tamizado, a aquel producto que no haya
pasado por ningún tamiz.
1.1.11.2. Humus de lombriz tamizado.
Es aquel humus que se obtiene cuando el producto ya ha sido obtenido
a partir de un tamizado, debiéndose en este caso, señalar entre
paréntesis, la medida en milímetros (mm) de la abertura de malla,
antecedido por el signo “<” menor a. Así por ejemplo, se debe señalar:
Humus de lombriz tamizado (< 5 mm); Humus de lombriz tamizado (<
7mm).
7
Para el presente documento escrito se establecen los siguientes tamaños de
grano:
·
Grueso,
·
Medio, y
·
Fino.
1.1.12. ESPECIFICACIONES SENSORIALES.
·
En todos los grados de calidad el humus de lombriz debe presentar color
característico.
·
Todos los colores entre el negro a café oscuro.
·
En todos los grados de calidad el humus de lombriz debe estar libre de
olores desagradables.
·
El olor es a tierra húmeda, ausente de olores pestilentes.
1.2 . VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL HUMUS DE LOMBRIZ.
1.2.1. VENTAJAS.
·
Se obtienen más ganancias en el cultivo (propósito principal).
·
Presenta ácidos húmicos y fúlvicos que por su estructura coloidal y
granular, mejoran las condiciones del suelo, retiene la humedad y puede
incorporarse fácilmente al nivel básico del suelo.
·
Siembra vida, e inocula grandes cantidades de microorganismos benéficos
en el suelo.
·
Desintoxica los suelos contaminados, los reactiva y los vuelve nuevamente
fértiles incrementando la rentabilidad del cultivo.
·
Contiene bioestimulantes orgánicos que promueven el crecimiento de la
planta y acortan los ciclos de producción.
·
Transforma los nutrientes presentes en el suelo haciéndolos disponibles
para las plantas.
8
·
Incrementa considerablemente la productividad del cultivo aumentando la
cantidad de raíces, de follaje, floración y calidad de sus frutos.
·
Permite reducir progresivamente las futuras aplicaciones de fertilizantes
inorgánicos.
·
Favorece la acción de la trofobiosis de las plantas (menos controles
fitosanitarios).
·
Optimiza la asimilación de los fertilizantes sólidos, foliares, fungicidas y
demás insumos agrícolas potencializando sus efectos.
·
La industrialización del producto facilita la aplicación y su granulometría la
absorción por parte del suelo.
1.2.2. DESVENTAJAS.
·
El tiempo de cosecha del humus es considerablemente largo entre 8 a 10
meses.
·
Se deben tener condiciones de humedad, temperatura y pH adecuados.
pH (acidez – alcalinidad) óptimo: 6.5 – 7.5
Humedad óptima
: 75%
Temperatura ideal: 15 – 25 ºC
1.3. PROCESO DE OBTENCIÓN DEL HUMUS DE LOMBRIZ.
Las áreas rurales se caracterizan por disponer de grandes cantidades de
desechos provenientes de actividades agrícolas, pecuarias y de agroindustria que
allí se desarrollan. El estiércol de los animales, la pulpa de café, la paja del arroz,
las hojas, los residuos de cocina, los subproductos del procesamiento
agroindustrial y demás materiales orgánicos similares, pueden, teóricamente, ser
convertidos en energía y abono que retorna a la tierra de donde fue tomado por
las plantas.
El reciclaje de desechos orgánicos tiene su singular importancia dentro de los
esfuerzos por mantener el equilibrio ambiental, comúnmente estos materiales son
9
transportados fuera del sitio de donde provinieron originalmente y/o son
eliminados en la basura o quemados, sin embargo deben regresar al suelo que
ayudó a generarlos.
La lombricultura en los últimos años ha tomado un papel protagónico en la
transformación de desechos orgánicos y en la producción de fertilizantes de
excelente calidad para ser utilizados en la agricultura.
1.3.1. REQUERIMIENTOS BÁSICOS PARA LA LOMBRICULTURA.
·
Terreno con buen drenaje, permeabilidad y alejado de árboles como pino,
ciprés y eucalipto, perjudiciales por sus resinas o taninos (sustancias
altamente antioxidantes) venenosos.
·
Suficientes desechos vegetales y animales para usar como el alimento de
las lombrices.
·
Disposición de agua que permita humedecer los lechos.
1.3.2. HERRAMIENTAS Y MATERIALES.
Las herramientas básicas necesarias son:
Carretilla, pala, rastrillo (trinches), azadón y clasificadora de humus.
Los materiales son:
Bloques, ladrillos, piedra cantera, tablas, estacas, aceite quemado, cal, ceniza y
manguera o regadera.
1.3.3. CONSTRUCCIÓN DEL LECHO O CAMA.
El lecho se construye sobre el suelo o elevado, a manera de cajonetas, utilizando
bloques, ladrillos, tablas y estacas. Las dimensiones pueden ser variables pero se
recomienda de 1 a 1,20 metros de ancho, por 10 o 20 metros de largo y 0,40
metros de altura, con separaciones de 0,40 metros entre lechos, con el fin de
facilitar el desplazamiento entre ellos (ver fotografía 1.1).
10
Fotografía 1.1 Lecho o cama para el proceso de obtención de humus de lombriz.
1.3.4. TIPOS DE ALIMENTOS O SUSTRATOS.
Para alimentar a las lombrices se puede utilizar paja, malezas, residuos de maíz
(tusa y cañas), frutas pastos, rastrojos de cultivos cosechados, ceniza, cal,
purines, estiércoles, sobras de cocina, papel y desechos de camales.
Se deben utilizar como alimentos, materiales locales o que se puedan conseguir
fácilmente (ver fotografía 1.2).
Fotografía 1.2 Alimentos y sustratos utilizados para el vermicompostaje.
11
1.3.5. COLOCACIÓN DE ALIMENTO Y LOMBRICES EN EL LECHO.
Primero se coloca en el lecho el alimento que ha sido pre-descompuesto
proveniente de un proceso de compostaje, a continuación se colocan las
lombrices, en cantidad de 0.5 kg/m2 de lecho, bien distribuidas. Se recubre con
una capa de material vegetal (caña y hojas de maíz u otros cultivos) y se cubre
con una capa de ramas para proteger de enemigos como las gallinas.
Posteriormente se añade una carretilla de alimento por m 2 de lecho y se debe
agregar otra carretilla dependiendo del nivel de consumo. Debe conservar una
humedad de 75%y una temperatura de 15 a 18 °C, evitando siempre condiciones
extremas, muy secas o muy húmedas, mucho frío o mucho calor, lo que
ocasionaría la muerte de las lombrices.
La materia obtenida mediante la transformación de residuos orgánicos
seleccionados, los mismos que al pasar por el tracto intestinal de la lombriz
(Eisenea Foètida) son degradados a su último estado de descomposición;
presentando en su contenido una formulación perfectamente balanceada con
todos los elementos y microorganismos necesarios para reactivar los procesos
biológicos del suelo (ver figura 1.1).
Figura 1.1 Proceso de elaboración del humus en el cuerpo de la lombriz.
(Fuente: http://www.huertayjardineria.com.ar/lombrices.htm)
12
Luego de un tiempo aproximado entre 6 – 8 meses de manejo constante y varias
alimentaciones, se inician los controles respectivos para realizar la cosecha de la
cama no antes de comprobar un proceso de humificación, el cual debe ser del
100% (ver fotografías1.3 y 1.4).
Fotografía 1.3 Colocación de lombrices en la cama o lecho.
Fotografía 1.4 Productos a ser colocados en el lecho o cama.
13
1.3.6. ENEMIGOS DE LA LOMBRIZ Y SU CONTROL.
Los principales enemigos de la lombriz son: aves, ranas, sapos, insectos,
ciempiés, hormigas, ratas, cerdos, y la lombriz planaria.
Como defensa debe construirse un cerramiento al contorno, regar cal y ceniza,
untar aceite quemado o grasa en tablas o bases en caso de lombriceros elevados,
poner trampas para ratas y una cobertura de ramas o mallas.
1.3.7. RIEGO DE LOS LECHOS.
El riego debe ser fino y libre de residuos tóxicos. Se debe regar para mantener el
lecho húmedo pero sin encharcar las camas.
1.4. PROCESOS DE COSECHA.
1.4.1. PROCESO DE POST COSECHA.
El proceso de post cosecha se inicia igualmente con los controles de pH y % de
humedad. Luego de obtener los rangos internacionalmente autorizados y de
recibir el análisis de laboratorio del lote correspondiente
se continua con el
secado bajo techo, la homogenización, el tamizado, control de peso y empaque
del producto en sus diferentes presentaciones.
1.4.2. PROCESO DE COSECHA.
La cosecha puede realizarse dos veces por año. Después de 4 ó 6 meses de la
primera siembra, la separación de la lombriz del humus se lo hace realizando los
siguientes pasos:
a) Preparar nuevos lechos, antes de la cosecha del humus.
b) Retirar el alimento que no haya sido consumido
c) Trasladarlo a los nuevos lechos.
14
d) Abrir un canal en el centro del lecho para separar las lombrices del humus.
e) Colocar nuevo alimento.
f) Las lombrices van a buscar el nuevo alimento.
g) Retirar después de 3 o 4 días, el nuevo alimento del centro del lecho con
las lombrices incluidas.
h) El humus se tamiza y se lo pone a secar a la sombra.
La cosecha del Lombricomposta (Humus) se pueden hacerla dependiendo de la
velocidad de descomposición del sustrato y para lo cual se puede optar por uno
de los siguientes métodos:
·
Proceso Manual y
·
Proceso Mecánico
1.4.2.1. Proceso Manual.
Cuando el sustrato llega a la altura máxima de la cama, se suspende la
alimentación y el riego por una semana, para obligar a las lombrices a consumir
todo el material que no se ha transformado. Cumplido este tiempo, se extiende
una malla plástica o costales con materia orgánica sobre la cama y sobre ella se
suministra alimento de nuevo; una semana después se retira la malla con la capa
superior donde ha subido la lombriz.
Se retrasa la alimentación por lo menos 4 días, luego se ofrece alimento en
cantidad normal, en una capa de 6 a 8 cm, con lo cual la lombriz se concentra en
la superficie. Al cabo de 2 ó 3 días, una vez poblada la superficie se procede a
retirarlas manualmente. (Ver fotografía 1.5)
Pasados 3 o cuatro días y pendientes que el sustrato no disminuya de la trampa,
se procede a hacer la extracción de lombrices ya sea para inocular otras camas,
para la venta o para el alimento de animales.
15
Fotografía 1.5 Trampa de cosecha para lombrices.
Una vez que el humus está listo (entre los 3 y 4 meses) se procede a hacer el
cernido. Al ser un proceso manual se puede extraer las lombrices que estén allí e
irlas depositando en un recipiente para cualquiera de los usos arriba escritos.
Además se recomienda un cernidor con malla de entre 0.4 a 0.8 mm de diámetro
con el fin de otorgar una granulometría adecuada a humus; de manera que al ser
añadido a los cultivos este se consume de forma más racional, siendo de mayor
provecho para las plantas.
El lombricultor debe tener la virtud de la paciencia para realizar el procedimiento
anterior, de lo contrario al seguir realizando el cernido tras cernido las lombrices
empiezan a colgar de la malla cernidora. Esto hace que se sacrifiquen mayor
cantidad de lombrices. En la etapa de expansión no es muy recomendado el
sacrificio de lombrices, ya que estas son necesarias para la siembra de otras
cunas, camas, literas o eras. (Ver fotografía 1.6)
16
Fotografía 1.6 Proceso de cernido manual con el que se logra la separación de las
lombrices y la separación del humus.
1.4.2.2.Proceso Mecánico.
Para el lombricultor que posee maquinaria el proceso consiste en tomar el lecho
completo compuesto por lombrices adultas, jóvenes y pequeñas, y cápsulas
dentro del sustrato y hacerlo pasar por la máquina separadora, con las cribas
adecuadas accionando su mecanismo, y obtener la separación de las lombrices
del humus y de la parte de alimento no procesado.
El uso de la máquina es aconsejable cuando el lombricultor pretende destinar la
totalidad de las lombrices adultas extraídas a la demanda de los pescadores o a
la demanda de carne en general. Por el contrario, su uso está totalmente
desaconsejado en aquellos casos en que se quieran utilizar las lombrices
recogidas para poblar nuevos lechos.
Las clasificadoras de humus, tanto la rotante como la vibratoria, producen
lesiones en las lombrices en un 50 % y en un 35 % de los casos,
respectivamente.
17
Las lombrices heridas que son colocadas de nuevo en los lechos, mueren. Lo cual
implica la disminución drástica de la población de lombrices en los mismos
porcentajes anteriores.
Por otra parte, no hay que olvidar que la lombriz roja debe ser trasladada junto
con el sustrato, si se quiere que no sufra ningún accidente irreversible y que siga
acoplándose y produciendo humus regularmente.
En la fotografía 1.7 se observa una máquina separadora de humus
Fotografía 1.7 Máquina separadora de humus.
En la figura 1.8 se observa el humus clasificado listo para la venta.
Fotografía 1.8 Humus de lombriz listo para la venta.
18
1.5. MAQUINARIA
EXISTENTE
PARA
EL
TRANSPORTE
Y
CLASIFICACIÓN DEL HUMUS.
1.5.1. MÁQUINA MINHOBOX DE MOVIMIENTO VIBRATORIO.
El Tamiz Humus es un implemento motorizado, de movimiento oscilatorio, usado
en la lombricultura para el beneficio del humus y separación de lombrices. (Figura
1.2)
Economiza servicios
Rápida y práctica, el Tamiz Humus sustituye los tamices manuales, reduciendo
tiempo de servicios y disminuyendo esfuerzos en las operaciones de tamización
del humus: un único operador beneficia una tonelada de humus en sólo una hora.
Permite el manejo
Al contrario de los tamices cilíndricos giratorios, el Tamiz Humus permite el
manejo y acceso al humus con la máquina en funcionamiento. El operador puede
recoger lombrices restantes, desintegrar gránulos mayores de humus y sacar
residuos durante la tamización.
Facilita el embalaje
El Tamiz Humus tiene salida para el humus y escape direccionado para los
residuos permitiendo recibirlos en recipientes o ensacarlos directamente.
Es bastante económica
Movida por un motor de baja potencia, el Tamiz Humus beneficia grandes
cantidades de humus consumiendo poca energía eléctrica.
Tamiz en tres granulaciones
El Tamiz Humus retiene residuos de tres granulaciones a través de dos cuadros
superpuestos con mallas diferentes. Esto posibilita la obtención de tres productos
con diversas calidades para que sean comercializados con precios diferenciados.
19
No maltrata las lombrices
La malla del Tamiz Humus es confeccionada en chapa perforada espesa con
orificios circulares y, por esto, al contrario de tamices convencionales fabricados
con telas, no provoca lesiones a las lombrices eventualmente mezcladas en el
humus.
Figura 1.2 Máquina Tamiz Humus. Empresa Brasileña MINHOBOX.
(Fuente: http://www.minhobox.com)
1.5.2. MÁQUINA ROTATIVA SEPARADORA DE HUMUS Y LOMBRICES
La
máquina
rotativa
o
Separadores
de
Humus
y
Lombrices,
por sus características de diseño, la variedad de modelos para sus necesidades,
su construcción totalmente en aluminio marino, con un peso mucho menor y sin
problemas de corrosión, son muy aceptados en el mercado mundial. (Figura 1.3)
Los composteadores rotativos son muy útiles para: Municipios, actividades
agropecuarias, empacadores de alimentos, jardinería, viverismo, inversionistas,
defensa del medio ambiente
Servicios que brindan los composteadores rotativos:
Permite compostear, casi todos los desechos orgánicos:
·
Basura orgánica de las ciudades.
20
·
Restos de cosechas.
·
Desechos de empacadoras de alimentos.
·
Cortes de jardinería.
·
Desperdicios de alimentos y comidas.
·
Excrementos de animales.
·
Vísceras de ganado muerto.
·
Lodos cloacales,
Todos estos y más, en pocos días éstos se convierten en una excelente y
redituable composta, buena como abono orgánico.
Algunas características de los composteadores
·
Alta calidad en diseño y construcción.
·
Diseño octogonal, hace mucho mejor el composteo que los
cilíndricos.
·
Fácil instalación y manejo.
·
Construido con aluminio marino anticorrosivo.
·
El interior está fabricado con acero inoxidable.
·
Altamente eficaz en tiempo y calidad.
·
Modelos de: 0.68 m3; 5.72 m3; y, 11.45 m3.
Figura 1.3 Máquina Composteadora. Empresa MexicanaJET COMPOST PRODUCTS™.
(Fuente: http://www.jetcompost.com)
21
CAPÍTULO II
REQUERIMIENTOS, PARÁMETROS Y ALTERNATIVAS
DE DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN.
2.1.
ESTUDIO DE CAMPO.
Es importante conocer con detalle cada una de las actividades desarrolladas para
el proceso de clasificación del humus de lombriz, que permita implantar un
proceso técnico para optimizar los recursos y el tiempo dedicado a esta actividad.
El compostaje es una tecnología sencilla y económica para aprovechar toda clase
de basura biodegradable: desechos de jardín o cocina, papeles, estiércoles
animales, serraduras etc. Con ayuda de microorganismos y/o de lombrices se
produce tierra humus de los desechos orgánicos. Se puede aplicar tanto a gran
escala (a nivel municipal o empresarial) como individualmente (en el jardín, en la
finca).
El compostaje se recomienda a cada municipalidad y también a comunidades
pequeñas, cultivadores individuales y empresas agrícolas. Por cuyo motivo se
presenta la necesidad de implementar una máquina transportadora y clasificadora
de humus con la cual se tecnifique el proceso de acuerdo a las necesidades del
cliente.
Por obvias razones el trabajo de campo para observar de manera práctica los
métodos utilizados en el desarrollo de esta actividad, se realiza en la provincia de
Tungurahua en el Cantón Ambato, Comunidad Tamboloma.
En la figura 2.1 y figura 2.2 se ilustra la ubicación geográfica de la provincia de
Tungurahua y del Cantón Ambato respectivamente.
22
Figura 2.1 Ubicación geográfica de la provincia de Tungurahua dentro de la República del
Ecuador. (Fuente: http://recorrecuador.com/images/mapa_politico-del-ecuador.jpg)
Figura 2.2 Ubicación geográfica del Cantón Ambato en la provincia de Tungurahua
(Fuente: http://www.codeso.com/PDA-Pilahuin/Mapa-Tungurahua-Cantones.html).
23
TRABAJO DE CAMPO N° 1
Provincia: Tungurahua
Cantón: Ambato
Comunidad: Tamboloma.
Temperatura promedio: 15 °C
Humedad relativa: 88%
Variedad de abono en producción: Vermicompost – lombriz roja californiana
Número de cosechas al año: 18 a 20 camas por año
Número de lechos o camas: 20
Método de clasificado utilizado: Proceso manual
Participantes: Director y ejecutores del proyecto
En la fotografía 2.1, 2.2, 2.3 y 2.4 se muestra la visita realizada a la Comunidad
de Tamboloma en el Cantón Ambato, Provincia de Tungurahua.
Fotografía 2.1 Visita Comunidad Tamboloma (Ambato –Tungurahua)
24
Fotografía 2.2 Camas del Proyecto de lombricultura de la Comunidad Tamboloma.
Fotografía 2.3 Distribución de los lechos del Proyecto de lombricultura de la Comunidad
Tamboloma.
25
Fotografía 2.4 Cama de lombricomposta de 8 meses. Comunidad Tamboloma.
26
2.2.
REQUERIMIENTOS Y PARÁMETROS DE DISEÑO.
2.2.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.
La agricultura es una actividad principal del Ecuador, pero tiene el problema del
uso de abonos químicos con daños a la salud de los consumidores. En la
actualidad para un mejor trato del medio ambiente el humus de lombriz o
“vermicompost” se ha convertido en un abono que no perjudica
la salud, la
clasificación de humus de lombriz se la realiza de una manera rudimentaria y los
pequeños y medianos productores no pueden expandir su negocio. Es necesario
diseñar y construir una máquina para transportar y clasificar el humus de lombriz
para un abono orgánico de mejor calidad.
2.2.2. RESTRICCIONES Y LIMITACIONES.
A pesar de que el diseño proporciona las mejores condiciones de funcionamiento
y operabilidad, existen restricciones y limitaciones que se establecen a
continuación:
Ø El diseño de cada componente de la transportadora y clasificadora de
humus de lombriz debe adaptarse a las condiciones tecnológicas del país
en lo que respecta a disponibilidad de materia prima, elementos
normalizados, procesos de fabricación y normas.
Ø El equipo a diseñar debe clasificar el humus de lombriz en tres tamaños
de grano: grueso, medio y fino.
Ø La capacidad de la máquina transportadora y clasificadora de humus de
lombriz es de 1500 Kg/h.
Ø La velocidad de avance para la máquina transportadora y clasificadora de
humus de lombriz debe ser la adecuada, para que permita una
clasificación óptima del producto.
Ø El equipo debe ser accionado por fuente eléctrica, ya que se desea evitar
la contaminación ambiental.
27
2.2.3. ESPECIFICACIONES.
Las especificaciones de la transportadora y clasificadora de humus de lombriz, se
determinan en base al estudio e campo realizado.
2.2.3.1.
Parámetros de diseño.
Para determinar los parámetros de diseño se parte de las necesidades de los
lombricultores de la Comunidad de Tamboloma; los mismos que requieren de una
transportadora y clasificadora de humus para una capacidad de 1500Kg/h.
·
Capacidad de la transportadora y clasificadora de humus: 1500 kg/h.
(Se encuentran los tres tamaños de grano: grueso, medio y fino).
·
Granulometría del humus a obtener: grueso, medio y fino.
·
Tipo de Accionamiento: mediante motor eléctrico.
·
Lugar de trabajo: Zona Rural.
2.2.3.2.
Parámetros Funcionales.
Un adecuado diseño debe satisfacer los requerimientos funcionales, es decir, la
máquina clasificadora y transportadora de humus debe cumplir la función para la
cual es diseñada.
Entre los principales requerimientos funcionales se tiene:
·
La transportadora y clasificadora de humus debe trabajar de forma
continua hasta obtener la capacidad requerida.
·
La máquina transportadora y clasificadora de humus debe ser de fácil
operación, montaje, desmontaje y que el mantenimiento de las partes
pueda realizarse con comodidad y agilidad.
·
Las dimensiones de la máquina transportadora y clasificadora de humus en
conjunto no deben superar los 6000 mm de largo, 2000mm de ancho y
3000 mm de altura. Parámetro obtenido de los lombricultores debido a la
disposición limitada de espacio.
28
2.2.3.3.
Ambiente de Trabajo.
El ambiente de trabajo es el medio donde va a funcionar la máquina
transportadora y clasificadora de humus de lombriz.
Los principales factores a tener en cuenta se detallan a continuación:
2.2.3.3.1. Temperatura y Humedad Relativa.
La altura no debe exceder de 3,200 m.s.n.m. y las precipitaciones pluviales no
debe ser mayores de 3,500 mm anuales, la temperatura adecuada es la de climas
templados, éstas varían de 15 a 25 ºC y una humedad relativa entre el rango del
92 al 96%.
2.2.3.3.2. Grado de Instrucción del Operador.
No se necesita experiencia ni personal técnico calificado.
Mínimo primaria.
2.2.3.3.3. Grado de Contaminación.
Ninguno.
2.2.3.4.
Vida Útil.
La máquina debe tener una vida útil mínima de 5 años, va a trabajar 8 horas
diarias y el número de ciclos que debe soportar la máquina sin fallar, debe ser
mayor a 106, por lo que se realizan los cálculos de ciertos elementos a falla por
fatiga.
2.2.3.5.
Materiales.
Se considera el uso de materiales que sean de fácil adquisición en el país y
permitan un funcionamiento adecuado de la máquina.
2.2.3.6.
Procesos.
Solamente se utilizan procesos de fabricación convencionales; como son:
torneado, taladrado, fresado, soldadura y pintura, para el fácil acceso o
fabricación de los elementos a sustituir según fuese el caso.
29
2.3.
PLANTEAMIENTO DE ALTERNATIVAS
A continuación se describen las alternativas que se consideran importantes, para
posteriormente elegir aquella que satisfaga las necesidades antes mencionadas.
2.3.1. ALTERNATIVA
I:
TRANSPORTADORA
Y
CLASIFICADORA
DE
HUMUS POR MOVIMIENTO ROTATIVO
2.3.1.1.
Descripción.
Consiste en un sistema cilíndrico con movimiento rotatorio, accionado por un
motor eléctrico. El sistema posee dos grados de tamices correspondientes a la
calidad de humus. Los cuales están dispuestos uno a continuación de otro. Dicho
cilindro está montado sobre una mesa estructural. Tiene una inclinación de 5º±1o,
lo que permite que el material fluya a través de los dos grados de tamices, y el
material sobrante se dirija hacia la parte final del cilindro permitiendo su salida a
través de la base. El material a tamizar ingresa por el ducto superior.
2.3.1.2.
Ventajas.
·
Capacidad para tamizar grandes cantidades.
·
Tamizado uniforme.
·
Al realizar el tamizado, también efectúa una mescla continua del
material ingresado.
2.3.1.3.
·
Fácil limpieza y mantenimiento.
·
Reduce el tiempo de trabajo y disminuye esfuerzos del operario.
Desventajas.
·
La necesidad de un reductor de velocidad.
·
Maltrato de las lombrices eventualmente mezcladas.
30
·
Costo elevado debido al uso de un reductor de velocidad.
·
Alta complejidad de fabricación.
·
El operador no puede recoger lombrices restantes osacar residuos durante
el tamizado.
En la figura 2.3 se ilustra la alternativa I.
Fig. 2.3 Alternativa I: Transportadora y Clasificadora de Humus por Movimiento Rotativo.
31
32
2.3.2. ALTERNATIVA II: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE
HUMUS POR MOVIMIENTO VIBRATORIO
2.3.2.1. Descripción.
Esta máquina permite la separación de humus por medio de un movimiento
vibratorio, el cual es efectuado por una masa excéntrica accionada por un motor
eléctrico y un conjunto de resortes. El movimiento generado por la masa
excéntrica es transmitido a la unidad tamizadora la cual está conformada por dos
tamices de diferente grado uno a continuación del otro. Esta a su vez esta tiene
una inclinación (4o±1o) permitiendo que el material a tamizar fluya a lo largo de los
diferentes grados de tamices; llevándolo hacia la parte de recolección.
2.3.2.2. Ventajas.
·
Reduce el tiempo de trabajo y disminuye esfuerzos del operario
·
No lesiona a las lombrices que no han podido ser separadas del humus
·
El operador puede recoger lombrices restantes, desintegrar gránulos
mayores de humus y sacar residuos durante el funcionamiento
·
Menor complejidad de fabricación
·
Fácil limpieza y mantenimiento
·
Los residuos acumulados durante el tamizado pueden ser fácilmente
removidos
2.3.2.3. Desventajas.
·
Generación de ruido por su movimiento vibratorio característico.
·
Requiere de una estructura que compense el movimiento vibratorio
·
Dificultad en el traslado de la máquina debido al peso de la estructura
En la figura 2.4 se ilustra la alternativa II.
Fig. 2.4 Alternativa II: Transportadora y Clasificadora de Humus por Movimiento Vibratorio.
33
34
2.3.3. ALTERNATIVA III: TRANSPORTADORA Y CLASIFICADORA DE
HUMUS POR MOVIMIENTO ALTERNATIVO.
2.3.3.1. Descripción.
Este sistema de separación de humus es accionado por un motor eléctrico que
transmite su movimiento a un mecanismo, el cual lo transforma a un movimiento
alternativo longitudinal conectado a un conjunto de tamices de diferente grado
dispuestos uno sobre otro, los cuales se encuentran levemente inclinados (5 o±1o)
permitiendo la separación del humus además de dirigirlo hacia un sistema de
recolección.
2.3.3.2. Ventajas.
·
Reduce el tiempo de trabajo y disminuye esfuerzos del operario
·
No provoca lesiones a las lombrices eventualmente mezcladas al humus.
·
Los residuos acumulados durante el tamizado pueden ser fácilmente
removidos
2.3.3.3. Desventajas.
·
Mayor complejidad en la fabricación de los diferentes elementos que
constituyen la máquina
·
Mayor costo de fabricación
·
Mayor peso
· Gran cantidad de piezas y elementos
En la figura 2.5 se ilustra la alternativa III.
Fig. 2.5 Alternativa III: Transportadora y Clasificadora de Humus por Movimiento Alternativo.
35
36
2.4. EVALUACIÓN DE SOLUCIONES
Para la selección de una de las tres alternativas se consideran los criterios de
valoración que más influencia presentan en el diseño, los mismos que se
describen a continuación:
2.4.1. COSTO
Es un parámetro fundamental que afecta en el diseño y construcción.
2.4.2. COMPLEJIDAD DE LA MÁQUINA
Baja o media complejidad de la máquina, debido a que influye en el proceso de
construcción.
Piezas capaces de ser construidas con tecnología nacional; su
ensamblaje no necesita de herramienta especial ni de mano de obra altamente
calificada, con lo que se disminuyen los costos.
2.4.3. MANTENIMIENTO
De esto depende el buen funcionamiento del equipo, ahorro económico,
utilización de personal no especializado y sobre todo durabilidad, ya que la
máquina va a estar ubicada en el campo donde no existe un rápido acceso a
repuestos y personal técnico.
2.4.4. FLUJO DE HUMUS
La máquina debe estar en la capacidad de recolectar 1500kg/h, por lo que los
elementos y las dimensiones entre las diferentes alternativas varían.
2.4.5. PESO
El peso debe ser moderado, no se necesita una máquina demasiado robusta.
37
2.4.6. SISTEMA DE CLASIFICACIÓN
Los criterios de comparación más importantes y determinantes con los cuales se
valoran las alternativas planteadas anteriormente, se indican en la tabla 2.1.
Tabla 2.1 Criterios de comparación y códigos de equivalencia.
CRITERIO DE
COMPARACIÓN
CODIGO DE EQUIVALENCIA
Costo.
Económica Normal Costosa
10 – 8
7–4
3–1
Complejidad de la máquina.
Fácil
Normal
Difícil
Mantenimiento.
Fácil
Normal
Difícil
Flujo de humus.
Rápido
Normal
Lento
Peso.
Liviana
Normal
Pesada
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
Se asigna un puntaje a cada factor antes mencionado por medio de una matriz
de perfil competitivo (MPC).
La matriz de perfil competitivo identifica a los principales sistemas a ser
seleccionados. La calificación es del 1 al 10 de acuerdo a las características de
los factores mencionados; la alternativa seleccionada es aquella que, reúna el
mayor puntaje luego de realizarla evaluación.
2.5.
RESULTADOS.
A continuación, se evalúan los factores antes señalados y se proporciona el
puntaje respectivo para cada alternativa. Aquella que obtenga el más alto
puntaje es la alternativa seleccionada. En la tabla 2.2 se muestra el cuadro de
selección de las diferentes alternativas, con los criterios previamente definidos
mediante una matriz de perfil competitivo (MPC).
38
Tabla 2.2 Cuadro de selección de las clasificadoras de humus con criterios previamente
definidos según (MPC).
Alternativa Alternativa Alternativa
1
2
3
Calif. P. P. Calif. P. P. Calif. P. P.
FACTOR
P.
Costo.
Complejidad de la
máquina.
Mantenimiento.
20
1
20
4
80
2
40
20
3
60
7
140
5
100
10
6
60
9
90
8
80
Flujo de humus.
30
8
240
10
300
7
210
Peso.
20
7
140
7
140
7
140
TOTAL
100
25
520
37
750
29
570
Índice Porcentual
52%
75%
57%
Orden de Selección
3
1
2
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
Donde:
P
: peso
P.P: peso ponderado.
2.6. SELECCIÓN DE ALTERNATIVA.
La tabla 2.2 determina que la alternativa número 2: transportadora y clasificadora
de humus por movimiento vibratorio, tiene mayor puntaje que las otras, por lo
que, resulta la más adecuada para su diseño y construcción.
Siendo esta alternativa la de mayor ponderación y en base a la cual se va a regir
el diseño y sus respectivos cálculos, en conjunto con las especificaciones y
parámetros ya establecidos anteriormente.
39
2.7.
PROTOCOLO DE PRUEBAS.
Una vez que se construya la máquina transportadora y clasificadora de humus
de lombriz se debe realizar una serie de pruebas que verifiquen su
funcionamiento. Estas pruebas se detallan en un Protocolo de Pruebas que
verifica los siguientes aspectos:
·
Control de dimensiones.
·
Pruebas de funcionamiento en vacío.
·
Prueba de funcionamiento con carga.
·
Capacidad.
·
Velocidad de clasificado.
·
Inspección visual de juntas empernadas y soldadas.
2.7.1. VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES.
Realizar las
mediciones
necesarias
en la máquina
transportadora
y
clasificadora de humus de lombriz construida para comparar con las
dimensiones de la clasificadora diseñada. En la tabla 2.3 se muestra la
verificación de las dimensiones principales.
Tabla 2.3 Verificación de las dimensiones principales.
DIMENSIONES PRINCIPALES
DIMENSIONES[mm]
Largo total
Ancho total
Altura total
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
Diseño
Prototipo
Aceptación
SI
NO
40
2.7.2. VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES.
Se debe verificar varios componentes, como se muestra en la tabla 2.4, que por
su importancia en el funcionamiento, requieren ser probados antes de iniciar el
trabajo.
Tabla 2.4 Verificación de los componentes principales.
VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES
FUNCIONAMIENTO
ELEMENTO
Bueno
Regular Malo
Motor eléctrico.
Reductor de velocidades.
Tamices.
Banda transportadora.
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
2.7.3. TRABAJO EN VACÍO DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA Y
CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ.
En ésta prueba se verifica el normal funcionamiento de la máquina
transportadora y clasificadora de humus de lombriz sin carga, es decir sin humus
de lombriz. En la tabla 2.5 se muestra el trabajo realizado en vacío de la
clasificadora.
Tabla 2.5 Trabajo en vacío de la clasificadora.
Tiempo
[min]
10
20
30
40
50
60
Motor Eléctrico
Falla
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
No Falla
Reductor de
Velocidades
Falla No Falla
Tamices
Falla
No Falla
Banda
Transportadora
Falla No Falla
41
2.7.4. TRABAJO CON CARGA DE LA MÁQUINA TRANSPORTADORA Y
CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ.
En ésta prueba se verifica la capacidad y calidad del transportado y clasificado de
la máquina. En la tabla 2.6 se muestra el trabajo realizado por la clasificadora con
carga.
Tabla 2.6 Trabajo con carga de la clasificadora.
Tiempo
[min]
10
20
30
40
50
60
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
CLASIFICADO DEL HUMUS DE LOMBRIZ
Velocidad de clasificado
Capacidad de clasificado
[Kg]
Buena
Mala
42
CAPÍTULO III
DISEÑO DEL PROTOTIPO
3.1.
CÁLCULOS Y DISEÑO PARA LOS ELEMENTOS DE LA
MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ
3.1.1. ANÁLISIS VIBRATORIO
Para el análisis vibratorio se parte del diagrama de cuerpo libre representado en
la figura 3.1.
Figura3.1 Análisis vibratorio
Donde:
M: masa del sistema
m: masa de excéntrica
k : elasticidad del sistema
r: radio de excentricidad
Fc: Fuerza centrífuga
43
Cualquier sistema que tiene elasticidad y masa puede oscilar, por lo tanto se tiene
un sistema vibrante que además es forzado por que al girar la masa excéntrica
(m) a una velocidad angular constante, produce una fuerza centrífuga que es la
que mantiene las vibraciones permanentemente.
3.1.2. ANÁLISIS DE LA FUERZA VIBRATORIA VERTICAL
Para esto se parte del supuesto que existe una ligadura que impide el movimiento
lateral. Figura 3.2.
Figura3.2 Análisis vibratorio vertical
3.1.2.1.
Diagrama de Cuerpo Libre.
Figura 3.3 Diagrama De Cuerpo Libre Análisis Vibratorio Vertical.
Aplicando la segunda ley de Newton al sistema se obtiene la ecuación de
movimiento (Ver figura 3.3).
44
[Ec. 3.1]
σ ‫ܨ‬௬ ൌ ‫ ܯ‬൉ ܽ
‫ܨ‬௖௬ െ ݇௬ ൌ ‫ݕܯ‬ሷ
‫ݕܯ‬ሷ ൅ ݇௬ ൌ ‫ܨ‬௖௬
Sustituyendo el valor de Fcy en la ecuación y realizando los respectivos cálculos
matemáticos se tiene:
‫ݕ‬ሷ ൅ ‫ݓ‬௡ଶ ‫ ݕ‬ൌ
La solución de ésta ecuación es:
Donde:
௠൉௪ మ
ܴ
ெ
ܻ ൌ ‫ݓݏ݋ܿܣ‬௡ ‫ ݐ‬൅ ‫ݓ݊݁ݏܤ‬௡ ‫ ݐ‬൅
൉ ܵ݁݊‫ݐݓ‬
௠൉௪ మ ൉ோ
ெ
൉
ௌ௘௡௪௧
మ ି௪ మ
௪೙
[Ec. 3.2]
[Ec. 3.3]
Y: amplitud de la vibración.
wn: frecuencia natural del sistema.
w : frecuencia forzada del sistema.
M: masa del sistema.
m: masa excéntrica vibratoria.
R: distancia de excentricidad.
Analizando la ecuación se observa que el movimiento se compone de vibraciones
libres que corresponde a los dos primeros términos y de vibraciones forzadas que
corresponde al tercer término. El movimiento total es una superposición de las
dos vibraciones, pero debido al amortiguamiento de los resortes, las vibraciones
libres desaparecen con los primeros ciclos quedando las vibraciones de régimen
permanente. Por lo que únicamente se analiza las vibraciones forzadas, ya que
son las que se mantienen en el tiempo. La ecuación del movimiento se reduce a:
45
ܻൌ
௠൉௥ మ ൉ோ
ெ
൉
ௌ௘௡௪௧
ଵି௥ మ
[Ec. 3.4]
Donde:
Y: amplitud de la vibración.
R: relación de frecuencias w/wn.
M: masa del sistema.
m: masa excéntrica vibratoria.
R: distancia de excentricidad.
Con ésta expresión se puede controlar los valores que permitan obtener una
amplitud vertical adecuada.
3.1.3. ANÁLISIS DE LA FUERZA VIBRATORIA HORIZONTAL.
De igual manera para este caso se supone que existe una ligadura que impide el
movimiento horizontal (Ver figura 3.4).
Figura 3.4 Análisis vibratorio horizontal
46
3.1.3.1.
Diagrama de Cuerpo Libre.
Figura 3.5 Diagrama de cuerpo libre del análisis vibratorio horizontal.
Aplicando la segunda ley de Newton al sistema se obtiene la ecuación de
movimiento (Ver figura 3.5).
ȭ୶ ൌ ‫ ܯ‬൉ ܽ
‫ܨ‬௖௫ െ ݇௫ ൌ ‫ݔܯ‬ሷ
‫ݔܯ‬ሷ ൅ ݇௫ ൌ ‫ܨ‬௖௫
Sustituyendo el valor de Fcx en la ecuación y realizando los respectivos cálculos
matemáticos se tiene:
‫ݔ‬ሷ ൅ ‫ݓ‬௡ଶ ‫ ݔ‬ൌ
La solución de ésta ecuación es:
Donde:
௠൉௪ మ
ܴ
ெ
ܺ ൌ ‫ݓݏ݋ܿܣ‬௡ ‫ ݐ‬൅ ‫ݓ݊݁ݏܤ‬௡ ‫ ݐ‬൅
X: amplitud de la vibración.
Wn: frecuencia natural del sistema.
w: frecuencia forzada del sistema.
M: masa del sistema.
[Ec. 3.5]
൉ ‫ݐݓݏ݋ܥ‬
௠൉௪ మ ൉ோ
ெ
஼௢௦௪௧
൉ ௪మ ି௪ మ
೙
[Ec. 3.6]
47
m: masa excéntrica vibratoria.
R: distancia de excentricidad.
Con ésta expresión se determina el desplazamiento que tiene la máquina en la
dirección horizontal. Esto sirve para poder determinar el esfuerzo al que está
sometido el resorte en esta dirección (Ec. 3.6).
3.1.4. CÁLCULO PARA EL DISEÑO DEL BASTIDOR MÓVIL
En función de los parámetros funcionales antes mencionados, se calcula el peso
de la máquina en base a las dimensiones propuestas inicialmente. (Ver figura 3.6)
MATERIAL:
Lámina de acero: A-36 de 3 mm de espesor.
DIMENSIONES:
Ancho: 702.9 mm
Largo: 1628 mm
Alto: 295 mm
Figura 3.6 Diseño del Bastidor Móvil
48
En base a estas dimensiones y considerando el material a utilizar se determina
que la masa es de 80kg en donde ya se incluye el peso del humus, peso de los
soportes, motor, mallas y demás elementos de sujeción.
3.1.5. CÁLCULO PARA EL DISEÑO DE LA MASA EXCÉNTRICA Y RADIO DE
GIRO (EXCENTRICIDAD).
Se parte de la fórmula que define el movimiento vertical obtenido en el análisis de
la vibración vertical.
ܻൌ
௠൉௥ మ ൉ோ
ெ
൉
ௌ௘௡௪௧
ଵି௥ మ
[Ec. 3.7]
En ésta ecuación se despeja el producto m*R:
݉൉ܴ ൌ
Donde:
௒൉ெ್೘ ሺଵି௥ మ ሻ
௥ మ ൉ௌ௘௡ሺ௪௧ሻ
[Ec. 3.8]
Y : amplitud de vibración[cm]
Mbm : masa del bastidor móvil [kg]
m : masa excéntrica [kg]
R : distancia de excentricidad[cm]
r : relación de frecuencias w/wn
NOTA:
3.1.5.1.
ܵ݁݊ሺ‫ݐݓ‬ሻ ൌ േͳǢ ‫ ݐݓ݋݀݊ܽݑܿ݋݉݅ݔž݉ݎ݋݈ܽݒ‬ൌ ͻͲι ‫ʹݕ‬͹Ͳι
Consideraciones para el diseño de la masa excéntrica
Para obtener una geometría adecuada y funcional del sistema de transmisión se
parte de las siguientes consideraciones:
49
Fuente de energía: motor eléctrico con una velocidad angular de 1750rpm
Poleas de transmisión: Tamaños mínimos estandarizados.
Velocidad angular transmitida al eje: 1000rpm
‫ ݓ‬ൌ ͳͲͲͲ‫ ݉݌ݎ‬ൌ ͳͲͶǡ͹
‫݀ܽݎ‬
‫ݏ‬
En base a la ecuación que se tiene en el análisis vibratorio de la amplitud en
sentido vertical (ec. 3.4), se comienza a realizar los respectivos cálculos.
ܻൌ
݉ ൉ ‫ ݎ‬ଶ ൉ ܴ ܵ݁݊‫ݐݓ‬
൉
‫ܯ‬௕௠
ͳ െ ‫ݎ‬ଶ
ܻ
݉ ൉ ܵ݁݊‫ݐݓ‬
‫ݎ‬ଶ
ൌ൬
൰൉
ͳ െ ‫ݎ‬ଶ
ܴ
‫ܯ‬௕௠
En ésta ecuación adimensional se toma como constantes los valores de m, Mbm,
R y Sen(wt). Y resulta la siguiente expresión:
ܻൌ
Donde:
‫ݎ‬ǣ ‫ݏܽ݅ܿ݊݁ݑܿ݁ݎ݂݁݀݊×݈݅ܿܽ݁ݎ‬
௥మ
[Ec. 3.9]
ଵି௥ మ
‫ݓ‬
‫ݓ‬௡
Con ésta expresión se realiza el correspondiente gráfico, representado en la
figura 3.7.
30
25
ܻൌ
ሺௐΤௐ೙ ሻమ
ଵିሺௐΤௐ೙ ሻమ
20
15
10
5
0
0
0,5
1
1,5
2
Figura 3.7 Relación de Frecuencias
2,5
3
‫ݓ‬Ȁ‫ݓ‬௡
50
Mediante éste gráfico se determina la relación que debe existir entre w/wn para
que el sistema de vibración se mantenga con un valor de amplitud vibratoria
estable.
Para éste caso se toma un valor de 2.8, por lo tanto:
‫ݓ‬
ൌ ʹǡͺ
‫ݓ‬௡
Donde la frecuencia natural del sistema es:
‫ݓ‬௡ ൌ ට
௞
[Ec. 3.10]
ெ್೘
Despejando y reemplazando se tiene:
݇ ൌ ‫ܯ‬௕௠ ‫ݓ כ‬௡ ଶ
Donde:
݇ൌ
‫ܯ‬௕௠ ‫ ݓ כ‬ଶ ͳ
‫כ‬
ʹǡͺଶ
ͻͺͲ
Mbm: masa del bastidor móvil = 80[kg]
w: frecuencia forzada (velocidad angular) = 104,7[rad/s]
kv: constante elástica [kgf/cm]
g: gravedad = 980 [cm/s2]
݇௩ ൌ ͳͳͶǡͳͶሾ݂݇݃Ȁܿ݉ሿ
Con éste valor se calcula la deflexión estática debido al peso de la máquina:
ߜൌ
ெ್೘
௞ೡ
[Ec. 3.11]
51
Donde:
ߜǣ deflexión estática.
Mbm: masa del bastidor móvil = 80 [kgf]
Kv: constante elástica en sentido vertical = 114,14 ቂ
௞௚௙
ቃǤ
௖௠
Remplazando los valores en la ec. 3.11 se tiene:
ߜ ൌ Ͳǡ͹ሾܿ݉ሿ ൌ ͹ሾ݉݉ሿ
Dado que la amplitud máxima es de 10 mm (valor impuesto), la amplitud total es
(ver figura 3.8):
ܻ ൌ ‫ݕ‬௣௢௦௜௧௜௩௔ ൅ ‫ݕ‬௡௘௚௔௧௜௩௔
‫ݕ‬௣௢௦௜௧௜௩௔ ൌ ‫ݕ‬௡௘௚௔௧௜௩௔ ൌ ͷ݉݉
Figura 3. 8 Distintas Posiciones De Amplitud Para Resortes.
Debido a que la deflexión estática siempre es mayor que la amplitud máxima(ߜ ൐
‫)ݕ‬,el resorte siempre va a estar trabajando a compresión, lo que asegura que las
consideraciones se adecuan al modelo planteado.
Ahora se procede a calcular el producto de la masa excéntrica por su
excentricidad.
ܻൌ
݉ ൉ ‫ݎ‬ଶ ൉ ܴ
ͳ
൉
‫ܯ‬௕௠
ͳ െ ‫ݎ‬ଶ
݉൉ܴ ൌ
ܻ ൉ ‫ܯ‬௕௠ ሺͳ െ ‫ ݎ‬ଶ ሻ
‫ݎ‬ଶ
52
Donde:
Y: amplitud de vibración=0.5 [cm] (valor impuesto)
Mbm: masa del bastidor móvil=80 [kg]
m: masa excéntrica [kg]
R: distancia de excentricidad [cm]
r: relación de frecuencias= w/wn =2,8
m*R=35 [kg*cm]
Con éste valor se crea una tabla en donde se pueda iterar valores que permitan
seleccionar las dimensiones más adecuadas de la masa excéntrica. Se
establecen los siguientes valores y parámetros (ver Tabla 3.1):
·
Geometría de la masa excéntrica: cilíndrica
·
Material: acero (ɏ ൌ ͹ͺͷͲሾ‰Ȁଷ ሿ)
·
Diámetro: 150mm
Tabla 3.1 Iteración de valores y selección de las dimensiones más adecuadas de la masa
excéntrica.
3
Excentricidad (mm)
masa excéntrica (kgf)
Volumen (mm )
10
20
30
40
50
35,0
17,5
11,7
8,75
7,0
4458598,726
2229299,363
1486199,575
1114649,682
891719,745
Nº Masas Espesor (mm)
3
3
3
3
3
84,10
42,05
28,03
21,03
16,82
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
Cada masa excéntrica debe tener una masa de 11,7 kg y un espesor de 28 mm.
(Ver figura 3.9).
53
Figura 3.9 Masa excéntrica seleccionada.
3.1.6. CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE LA POTENCIA DEL MOTOR.
Se procede a calcular la potencia del motor por medio del producto de la masa
excéntrica por su excentricidad.
݉ ‫ ܴ כ‬ൌ ͵ͷ݇݃Ǥ ܿ݉
‫ܯ‬௧ ൌ ܲǤ ܴ‫݊݁ݏ‬ሺ‫ݐݓ‬ሻ
Donde:
[Ec. 3.12]
Mt: torque producido por la masa excéntrica
P: peso.
Rsen(wt): brazo.
Por lo que:
‫ܯ‬௧ ൌ ͵ͷ݇݃Ǥ ܿ݉
Entonces la potencia se calcula de la siguiente manera:
ܲ௠௖ ൌ ‫ܯ‬௧ ‫ݓ כ‬
ܲ௠௖ ൌ ͵ͷ݇݃Ǥ ܿ݉ ‫Ͳͳ כ‬Ͷǡ͹‫݀ܽݎ‬Ȁ‫݃݁ݏ‬
ͳͲͲ
௖௠
௠
[Ec. 3.13]
54
ܲ௠௖ ൌ ͵͸ǡ ͸ͷ
ͳ‫ ݌ܪ‬ൌ ͹͸
ܲ௠௖ ൌ ͵͸ǡ͸ͷ
݇݃Ǥ ݉
‫݃݁ݏ‬
݇݃Ǥ݉
‫ݏ‬
݇݃Ǥ ݉
݄‫݌‬
‫ כ‬௞௚Ǥ௠ ൌ ͲǡͶͺ݄‫݌‬
‫݃݁ݏ‬
͹͸
௦௘௚
ܲ௠௖ ൌ ͲǡͶͺ݄‫ ݌‬ൎ Ͳǡͷ݄‫݌‬
Donde:
Pmc: potencia del motor de la máquina clasificadora [hp].
Mt: torque producido por la masa excéntrica [kg*cm].
w: velocidad angular [rad/seg].
PARÁMETROS DEL MOTOR:
·
4 polos
·
0,5 Hp
·
1750 r.p.m.
·
Torque = 2,01 [N.m]
·
η = 55%
·
FS = 1,15
·
Peso = 17,5kg
3.1.7. CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE POLEAS Y BANDAS.
3.1.7.1.
Determinación de la potencia de diseño
Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley:
ܲௗ ൌ ݂ ‫ܲ כ‬௠
[Ec. 3.14]
55
Donde:
Pd: potencia de diseño[hp].
f: factor de servicio de sobrecarga = 1.
Pm: potencia del motor [hp] = 0,5 [hp].
ܲௗ ൌ ͳǡͲ ‫Ͳ כ‬ǡͷ
PARÁMETROS DEL MOTOR:
ܲௗ ൌ Ͳǡͷ‫݌ܪ‬
·
Pm = Pd=0,5 hp.
·
n1= 1750 rpm.
·
Excéntrica n2 = 1000rpm.
·
Distancia entre centros: C = 145mm.
·
C1= factor de servicios → para criba vibratoria: C1= 1,3.
VER ANEXO A. CATÁLOGO PARA LA SELECCIÓN DEL FACTOR DE
SERVICIO.
Del gráfico se tiene el tipo de sección de la banda.
Con:
n1=1750rpm y
P= 0,5 hp
El tipo de banda a seleccionarse es de sección A. (VER ANEXO B: GRÁFICO
PARA LA SELECCIÓN DE CORREAS).
௡
ଵ଻ହ଴
[Ec. 3.15]
஽೛
[Ec. 3.16]
݅ ൌ ௡భ ൌ ଵ଴଴଴ ൌ ͳǡ͹ͷ
మ
݅ ൌ
ௗ೛
56
Donde:
݅ : Relación de velocidades angulares, relación de diámetros.
n1: velocidad angular del motor.
n2: velocidad angular de la excéntrica.
Dp: diámetro de paso de la polea mayor.
dp: diámetro de paso de la polea menor.
Entonces:
dpmínimo sección A → dpmin = 3 pulg = 76,2 mm.
3.1.7.2.
Cálculo para el diámetro de las poleas
݅ ൌ ͳǡ͹ͷ
‫ܦ‬௣ ൌ ݅ ‫݀ כ‬௣ ൌ ͳǡ͹ͷ ‫ כ‬͹͸ǡʹ ൌ ͳ͵͵ǡ͵ͷ݉݉ ൌ ͷǡʹͷ‫݈݃ݑ݌‬
ࢊ ൌ ૠ૞࢓࢓ (Normalizado)
ࡰ ൌ ૚૜૛࢓࢓ (Normalizado)
[Anexo C]
‫ ܥ‬ൌ ͳͶͷ݉݉→ ‫ ܥ‬൏ ͵ሺ‫ ܦ‬൅ ݀ሻ
‫ ܥ‬൏ ͵ሺͳ͵ʹ ൅ ͹ͷሻ
‫ ܥ‬൏ ͸ʹͳ݉݉
3.1.7.3.
Determinación de la longitud de la banda.
Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley:
Donde:
‫ܮ‬௣ ൌ ʹ‫ ܥ‬൅ ͳǡͷ͹ሺ‫ ܦ‬൅ ݀ሻ ൅ Lp :longitud de paso (o efectiva) de la banda.
D : diámetro de la polea mayor.
d : diámetro de la polea menor.
ሺ஽ିௗሻమ
ସ஼
[Ec. 3.17]
57
C : distancia entre los centros de las poleas.
ሺͳ͵ʹ െ ͹ͷሻଶ
‫ܮ‬௣ ൌ ሺʹ ‫ͳ כ‬Ͷͷሻ ൅ ͳǡͷ͹ሺͳ͵ʹ ൅ ͹ͷሻ ൅ Ͷ ‫ͳ כ‬Ͷͷ
‫ܮ‬௣ ൌ ͸ʹͲǡ͸݉݉
Para determinar el perímetro interior de la banda; se calcula utilizando la siguiente
ecuación, con factor de aumento de longitud 1,3 pulg (33,02 mm) según tabla (ver
anexo D).
Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley:
‫ܮ‬௜ ൌ ‫ܮ‬௣ െ ͵͵ǡͲʹ
Donde:
[Ec. 3.18]
Li: longitud interior de la banda.
Lp : longitud de paso (o efectiva) de la banda.
‫ܮ‬௜ ൌ ͸ʹͲǡ͸ െ ͵͵ǡͲʹ
‫ܮ‬௜ ൌ ͷͺ͹ǡͷͺ݉݉ ൎ ͷͺͺ݉݉ ൌ ʹ͵ǡͳͷ‫݈݃ݑ݌‬
3.1.7.4.
Determinación del ángulo de contacto de la banda θs
Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley:
ࡰିࢊ
Donde:
ࣂ࢙ ൌ ૛ࢉ࢕࢙ି૚ ቀ
θs: ángulo de contacto de la banda.
D: diámetro de la polea mayor.
d: diámetro de la polea menor.
૛࡯
ቁ
[Ec. 3.19]
58
C: distancia entre los centros de las poleas.
ͳ͵ʹ െ ͹ͷ
ߠ௦ ൌ ʹܿ‫ି ݏ݋‬ଵ ൬
൰
ʹ ‫ͳ כ‬Ͷͷ
3.1.7.5.
ߠ௦ ൌ ͳͷ͹ǡ͵͵ι ൎ ͳͷ͹ι ൌ ʹǡ͹Ͷ‫݀ܽݎ‬
Determinación del número de bandas
Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley:
஼
ଵ
‫ܪ‬௥ ൌ ቂ‫ܥ‬ଵ െ ௗమ െ ‫ܥ‬ଷ ሺ‫݀ כ ݎ‬ሻଶ െ ‫ܥ‬ସ Ž‘‰ሺ‫݀ כ ݎ‬ሻቃ ሺ‫݀ כ ݎ‬ሻ ൅ ‫ܥ‬ଶ ‫ ݎ‬ቀͳ െ ௄ ቁ [Ec. 3.20]
ಲ
Donde:
Hr: potencia nominal.
C1: 0,8542
[Anexo D]
C2: 1,342
[Anexo D]
C3: 2,436 x 10-4
[Anexo D]
C4: 0,1703
[Anexo D]
r: número de revoluciones/1000 = (1750/1000 = 1,75).
d: diámetro de la polea menor = 75 mmൎ 3 pulg
‫݉݉ʹ͵ͳ ܦ‬
ൌ
ൌ ͳǡ͹͸
͹ͷ݉݉
݀
Entonces: KA : factor de relación de velocidades = 1,1106
[Anexo D]
ͳǡ͵Ͷʹ
െ ʹǡͶ͵͸šͳͲିସ ሺͳǡ͹ͷ ‫͵ כ‬ሻଶ െ Ͳǡͳ͹Ͳ͵ Ž‘‰ሺͳǡ͹ͷ ‫͵ כ‬ሻ൨ ሺͳǡ͹ͷ ‫͵ כ‬ሻ
͵
ͳ
൅ ͳǡ͵Ͷʹ ‫ͳ כ‬ǡ͹ͷ ൬ͳ െ
൰
ͳǡͳͳͲ͸
‫ܪ‬௥ ൌ ൤ͲǡͺͷͶʹ െ
59
‫ܪ‬௥ ൌ ͳǡ͸ͻ݄‫݌‬
Esta capacidad se basa en un arco de contacto de 157,33 º y una longitud media
de banda. Por eso debe corregirse utilizando la ecuación, con θ = 157º se
determina el valor de K1, y el valor de K2 es el factor de corrección de la banda V
seleccionada (tipo A).
[Anexo D]
Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley:
Donde:
‫ܪ‬௥Ʋ ൌ ‫ܭ‬ଵ ‫ܭ כ‬ଶ ‫ܪ כ‬௥
[Ec. 3.21]
H´r: potencia corregida
K1: 0,95
[Anexo D]
K2: 0,76 (interpolando)
[Anexo D]
Hr: 1,69
‫ܪ‬௥Ʋ ൌ Ͳǡͻͷ ‫Ͳ כ‬ǡ͹͸ ‫ͳ כ‬ǡ͸ͻ
‫ܪ‬௥Ʋ ൌ ͳǡʹʹ݄‫݌‬Ȁܾܽ݊݀ܽ
Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley la determinación del número de
bandas se obtiene por:
ܰι௕௔௡ௗ௔௦ ൌ ܰι௕௔௡ௗ௔௦ ൌ ௉೏
ுೝƲ
Ͳǡͷ݄‫݌‬
ͳǡʹʹ
[Ec. 3.22]
60
ܰι௕௔௡ௗ௔௦ ൌ Ͳǡͷ݄‫݌‬
ͳǡʹʹ݄‫݌‬Ȁܾܽ݊݀ܽ
ܰι௕௔௡ௗ௔௦ ൌ ͲǡͶͳܾܽ݊݀ܽ‫ ݏ‬ൎ ͳܾܽ݊݀ܽ
VER ANEXO B. CATÁLOGO PARA LA SELECCIÓN DE LA BANDA.
Por lo tanto se escoge una banda A22, cuya longitud de paso (o efectiva) es:
Lp = 617,2 mm
3.1.8. CÁLCULO PARA EL DISEÑO DEL EJE DE LA MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS
Se tiene el caso de rotación de un cuerpo rígido con respecto a un eje fijo.
Donde:
wx=w;
wy =0;
wz=0.
El momento angular Ho a lo largo del eje de rotación del cuerpo con respecto a O
es el siguiente.
Hx= Ix* w
Hy= -Py * w
Hz= -Pz * w
Ho = Hx+ Hy + Hz
Ho = (Ix ଓԦ - Py ଔԦ - Pz ݇ሬԦ ) * w
Como el sistema Oxyz está moviendo al cuerpo, tenemos que Ω = w y los
momentos de fuerzas externas alrededor de O son:
61
σ ‫ܯ‬௢ ൌ ൫‫ܪ‬ሶ௢ ൯
൅ ‫ݓ‬௫ ‫ܪ‬௢
௢௫௬௭
σ ‫ܯ‬௢ ൌ ൫šԦ݅ െ › Ԧ݆ െ œ ሬ݇Ԧ൯‫ݓ‬ሶ ൅ ‫ݓ‬௫ ൫šԦ݅ െ › Ԧ݆ െ œ ሬ݇Ԧ൯‫ݓ‬
[Ec. 3.23]2
‫ݓ‬ሶ ൌ Ͳ‫ ݓ݅ݏ‬ൌ ܿ‫݁ݐ‬
σ ‫ܯ‬௢ ൌ ൫െš› ™ʹ ሬԦ൯ ൅ ൫šœ ™ʹԦŒ൯
Las relaciones totales en los soportes son la suma de las relaciones dinámicas y
las relaciones estáticas.
Tomando momentos con relación al centro O.
ሬԦ ሻ െ ‫ܦ‬௭ ‫ܮ כ‬ଔԦ
σ ‫ܯ‬௢ ൌ ሺ‫ܦ‬௬ ‫݇ܮ כ‬
[Ec. 3.24]3
Igualando las ecuaciones 3.23 y 3.24 se obtiene la siguiente ecuación:
ܲ௫௬ ‫ ݓ‬ଶ
‫ܦ‬௬ ൌ െ
‫ܮ‬
[Ec. 3.25]4
ܲ௫௭ ‫ ݓ‬ଶ
‫ܮ‬
[Ec. 3.26]5
‫ܦ‬௭ ൌ െ
Usando el teorema de los ejes paralelos y sabiendo que el producto de la unión
es igual a cero.
ܲ௫௬ ൌ ‫݉݀ݕݔ ׭‬
Se acepta que para el plano xz la masa se encuentra en el centro de gravedad,
por lo tanto Pxz = 0, el eje se encuentra cargado solo en el plano xy.
2, 3, 4, 5
Ecuaciones del Libro Beerjonton Pág. 414
62
3.1.8.1.
Diagrama de Cuerpo Libre para el eje de la Máquina Clasificadora de
Humus.
En la figura 3.10 se representa el eje cuando se halla sometido bajo acción de la
fuerza Fc y la tensión de la polea en la misma dirección.
Figura 3.10 Diagrama de cuerpo libre del eje
‫ܨ‬௖
ͳ݂݇݃
ൌ ͳʹͶʹǡ͵͸ܰ ‫ כ‬
ൌ Ͷͷǡ͸ʹ݂݇݃
ͻǡͺܰ
͵
σ ‫ܨ‬௒ ൌ Ͳ
[Ec. 3.27]
σ ‫ܯ‬ை ൌ Ͳ
[Ec. 3.28]
‫ ܨ‬൅ ‫ܨ‬௖ ൌ ܱ௒ ൅ ‫ܦ‬௒
ி಴
ሺ‫ʹͲͳ כ ܨ‬ሻ ൅ ቀ
ଷ
ி
ி
‫ כ‬Ͷͺቁ െ ቀ ଷ಴ ‫ כ‬͸Ͷቁ ൅ ൫‫ܦ‬௒ ‫ כ‬ሺ͸Ͷ ൅ Ͷͺሻ൯ െ ൬ ଷ಴ ‫ כ‬ሺ͸Ͷ ൅ Ͷͺ ൅ Ͷͺሻ൰ ൌ Ͳ
[Ec. 3.29]
Donde la fuerza F se obtiene de la transmisión por bandas como se muestra en la
figura 3.11.
63
Figura 3.11 Diagrama de Transmisión por Banda.
‫ܯ‬௧ ൌ
‫ܯ‬௧ ൌ
ܲሺ݄‫݌‬ሻ ‫ כ‬͹͸
ሾ݇݃Ǥ ݉ሿ
‫ݓ‬
ͲǡͶͺ ‫ כ‬͹͸
ൌ Ͳǡ͵Ͷͺሾ݇݃Ǥ ݉ሿ ൎ Ͳǡ͵ͷሾ݇݃Ǥ ݉ሿ
ͳͲͶǡ͹
‫ܯ‬௧ ൌ ͵ͷሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ
‫ܯ‬௧ ൌ ሺܶଵ െ ܶଶ ሻ‫ܦ‬ଵ
͵ͷሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ ൌ ሺܶଵ െ ܶଶ ሻ ‫ כ‬͹ǡͷሾܿ݉ሿ
Si:
Entonces:
ܶଵ െ ܶଶ ൌ Ͷǡ͸͹ሾ݇݃ሿ
ܶଵ ൌ ͺܶଶ
ͺܶଶ െ ܶଶ ൌ Ͷǡ͸͹ሾ݇݃ሿ
ܶଶ ൌ Ͳǡ͸͹ሾ݇݃ሿ
ܶଵ ൌ ͺ ‫Ͳ כ‬ǡ͸͹
ܶଵ ൌ ͷǡ͵͸ሾ݇݃ሿ
[Ec. 3.30]
64
Por lo tanto:
‫ ܨ‬ൌ ܶଵ ൅ ܶଶ
[Ec. 3.31]
‫ ܨ‬ൌ ͷǡ͵͸ ൅ Ͳǡ͸͹
‫ ܨ‬ൌ ͸ǡͲ͵ሾ݇݃ሿ ൎ ͸ሾ݇݃ሿ
Sustituyendo el valor de F=6 kg y Fc/3=45,62 kg en la ec. 3.28, se obtiene lo
siguiente:
ሺ͸ ‫ʹͲͳ כ‬ሻ ൅ ሺͶͷǡ͸ʹ ‫ כ‬Ͷͺሻ െ ሺͶͷǡ͸ʹ ‫ כ‬͸Ͷሻ ൅ ൫‫ܦ‬௒ ‫ כ‬ሺͳͳʹሻ൯ െ ሺͶͷǡ͸ʹ ‫ͳ כ‬͸Ͳሻ ൌ Ͳ
‫ܦ‬௒ ൌ ͸͸ǡʹʹሾ݇݃ሿ ൎ ͸͸ሾ݇݃ሿ
Sustituyendo el valor de: Dy = 66 kg, F = 6 kg y Fc = 136,86 kg en la ec. 3.26, se
obtiene lo siguiente:
͸ ൅ ͳ͵͸ǡͺ͸ ൌ ܱ௒ ൅ ͸͸
ܱ௒ ൌ ͹͸ǡͺ͸ሾ݇݃ሿ
3.1.8.2.
Diagrama de Esfuerzo Cortante.
Figura 3.12 Diagrama Cortante para el Eje de la excéntrica.
65
3.1.8.3.
Diagrama de Momento Flector.
Figura 3.13 Diagrama de Momento Flector para el Eje de la excéntrica.
El momento máximo se halla en el punto de la reacción Oy, punto en el cual va a
encontrarse ubicada una chumacera (Ver figura 3.10 y figura 3.13).
Para el valor del máximo momento (ver figura 3.13):
Mmáx=280,2kg-cm.
Se tiene un acero comercial Böhler de las siguientes características:
Denominación: E920 equivalente 1018.
Diámetro: D=28,6mm.
Sy=235 N/mm2 =235[Mpa]
Sut=410 N/mm2 =410[Mpa]
Se asume: d=25mm.
VER ANEXO E: CATÁLOGO BÖHLER.
Para el dimensionamiento del eje se utiliza el método de Soderberg, ya que este
procedimiento se emplea para calcular la dimensión requerida para un elemento
de máquina que debe soportar un esfuerzo constante y uno alternante.
66
En este caso el eje está sometido a tensión constante y flexión alternante.
3.1.8.4.
Cálculo de la Flexión.
Según el libro de Diseño Mecánico de Shigley:
ߪ௫ ൌ ‫ ܫ‬ൌ
Donde:
ெ೘žೣ ‫כ‬௖
ூ
ర
గ‫כ‬ௗ೐ೕ೐
[Ec. 3.32]
[Ec. 3.33]
଺ସ
σx: esfuerzo de flexión.
Mmax=Momento flector máximo 280,2 kg-cm en el punto O.
deje=diámetro del eje (25mm=2,5cm).
c: distancia al eje neutro (deje/2[cm]).
I=momento de inercia [cm4].
‫ ܫ‬ൌ
ߪ௫ ൌ ߨ ‫ כ‬ሺʹǡͷܿ݉ሻସ
ൌ ͳǡͻʹܿ݉ସ
͸Ͷ
ʹͺͲǡʹሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ ‫ כ‬ሺʹǡͷȀʹሻሾܿ݉ሿ
ͳǡͻʹܿ݉ସ
݇݃ ͻǡͺܰ
ͳܿ݉ଶ
‫כ‬
ߪ௫ ൌ ͳͺʹǡͶʹ ଶ ‫כ‬
ܿ݉
ͳ݇݃ ሺͳͲ݉݉ሻଶ
ߪ௫ ൌ ͳ͹ǡͺͺ
ܰ
݉݉ଶ
Este esfuerzo de flexión (σx) varía de tensión a compresión y viceversa a medida
que gira el eje. Si se analiza los esfuerzos en el elemento mediante un diagrama
67
de círculo de Mohr se halla que cuando gira el eje los esfuerzos principales no
mantienen la misma orientación. Su comportamiento se analiza a continuación.
3.1.8.4.1 Esfuerzo de Flexión vs Tiempo.
Figura 3.14 Diagrama Esfuerzo de Flexión en función del Tiempo para el Eje.
La figura 3.14 permite relacionar el esfuerzo de flexión con el tiempo, por lo que
se concluye que el esfuerzo es sinusoidal, con inversión completa.
s a = s x .... y....s m = 0
Para encontrar el esfuerzo a Torsión según el libro de Diseño Mecánico de
Shigley se tiene:
߬௫௬ ൌ Donde:
‫ ܬ‬ൌ
߬xy: esfuerzo a torsión.
Mtr= momento torsor= 35 [kg-cm]
deje = diámetro del eje (25mm=2,5cm).
c=distancia del eje neutro (deje/2[cm])
J=momento polar de inercia [cm4].
ெ೟ೝ ‫כ‬௖
௃
ర
గ‫כ‬ௗ೐ೕ೐
ଷଶ
[Ec. 3.34]
[Ec. 3.35]
68
ߨ ‫ כ‬ሺʹǡͷܿ݉ሻସ
‫ ܬ‬ൌ
ൌ ͵ǡͺ͵ܿ݉ସ
͵ʹ
߬௫௬ ൌ ߬௫௬
͵ͷሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ ‫ כ‬ሺʹǡͷȀʹሻሾܿ݉ሿ
͵ǡͺ͵ܿ݉ସ
݇݃ ͻǡͺܰ
ͳܿ݉ଶ
ൌ ͳͳǡͶʹ ଶ ‫כ‬
‫כ‬
ܿ݉
ͳ݇݃ ሺͳͲ݉݉ሻଶ
߬௫௬ ൌ ͳǡͳʹ
ܰ
݉݉ଶ
Debido a que el momento torsor es constante se tiene que realizar un estudio del
esfuerzo de torsión en función del tiempo.
3.1.8.4.2 Esfuerzo de Torsión vs Tiempo.
Figura 3.15 Diagrama Esfuerzo de Torsión en función del Tiempo para el Eje.
En la figura 3.15 se tiene que:
߬ெ ൌ ߬௫௬
Donde:
߬ெ : Esfuerzo medio.
߬஺ ൌ Ͳ
69
߬௫௬ : Esfuerzo a torsión.
߬஺ : Amplitud de esfuerzo.
3.1.8.4.3 Diseño a Fatiga para el eje de la Máquina Clasificadora de Humus.
Para encontrar el límite a fatiga se utiliza la siguiente ecuación:
S e = S e¢ * .k a * k b * k c * k d * k e * k f
[Ec. 3.36]6
Donde:
S e = Límite de resistencia a la fatiga del eje.
S e¢ = Límite de resistencia a la fatiga de la muestra de viga rotatoria.
.k a = Factor de superficie
k b = Factor de tamaño.
k c = Factor de confiabilidad.
k d = Factor de temperatura.
k e = Factor de modificación por concentración de esfuerzos.
k f =Factor de efectos diversos.
Para determinar el límite de resistencia a la fatiga de una probeta de acero AISI
1018, se utiliza la siguiente fórmula:
ܵ௘ᇱ ൌ Ͳǡͷܵ௨௧
ܵ௘ᇱ ൌ Ͳǡͷ ‫ כ‬ͶͳͲ
ܰ
ܰ
ൌ ʹͲͷ
ଶ
݉݉
݉݉ଶ
ܵ௘ᇱ ൌ ʹͲͷሾ‫ܽܲܯ‬ሿ
6
Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 301
7
Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 307, 313, 319
[Ec. 3.37]7
70
De acuerdo a la figura 7-10 del libro de DISEÑO de SHIGLEY para factores de
acabado superficialሺ݇௔ ሻ, con Sut = 410 [MPa] = 0,41 [GPa] y maquinado se tiene:
ka= 0,85
El eje se encuentra con carga de flexión y torsión por lo cual se utiliza la siguiente
ecuación para el factor de tamaño (݇௕ ):
݇௕ ൌ ͳǡͳͺͻ ‫݀ כ‬௘௝௘ ି଴ǡ଴ଽ଻
[Ec. 3.38]8
Ecuación aplicada para cuando el diámetro del eje (݀௘௝௘ ) se encuentra entre el
siguiente rango:
ͺ݉݉ ൏ ݀௘௝௘ ൑ ʹͷͲ݉݉
Entonces:
݇௕ ൌ ͳǡͳͺͻ ‫ כ‬ሺʹͷሻି଴ǡ଴ଽ଻
݇௕ ൌ Ͳǡͺ͹
De acuerdo a la tabla 7-7 del libro de SHIGLEY para una buena confiabilidad, del
90%, se tiene un factor de confiabilidad (݇௖ ) de:
kc = 0,897 9
Para hallar el factor de temperatura (݇ௗ ) se emplea una de las siguientes
expresiones:
ͳǡͲ ൑ ͶͷͲԨሺͺͶͲԬሻ
݇ௗ ൌ ቐ ͳ െ ͷǡͺ ‫ כ‬ሺͳͲሻିଷ ሺ െ ͶͷͲሻͶͷͲԨ ൏ ܶ ൑ ͷͷͲԨ ቑ ͳͲ
ͳ െ ͵ǡʹ ‫ כ‬ሺͳͲሻିଷ ሺ െ ͺͶͲሻͺͶͲԬ ൏ ܶ ൑ ͳͲʹͲԬ
8, 9
Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 307, 313, 319
71
Como la temperatura máxima a la que trabaja el eje es25ºC, el factor de
temperatura es:
kd=1
Para calcular el factor de de modificación por concentración de esfuerzos (݇௘ ) se
emplea la siguiente expresión:
݇௘ ൌ Donde:
‫ ݍ‬ൌ
ͳ
௞೑ೝ
௞೑ೝ ିଵ
௞೟ ିଵ
[Ec. 3.39]11
[Ec. 3.40]12
Kfr : factor de reducción de resistencia en el caso de fatiga.
q: sensibilidad a las ranuras o muescas.
kt: factor de concentración de esfuerzo, teórico o geométrico.
El valor de q suele estar entre cero y la unidad. La ec. 3.39 indica que, si q=0
entonces kfr = 1, el material no tiene sensibilidad a las ranuras. Por otra parte, si
q=1, entonces kfr = kt y el material es completamente sensible.
Para el cálculo se establece que: q = 0y kfr = 1, por lo que:
݇௘ ൌ ͳ
ͳ
ൌͳ
Para calcular el factor de efectos diversos (݇௙ ) se asume que:
݇୤ ൌ ͳ13
Entonces se procede a calcular el valor del límite de resistencia a la fatiga del eje
( S e ):
ܵ௘ ൌ ʹͲͷሾ‫ܽܲܯ‬ሿ ‫ כ‬ሺͲǡͺͷሻ ‫ כ‬ሺͲǡͺ͹ሻ ‫ כ‬ሺͲǡͺͻ͹ሻ ‫ כ‬ሺͳሻ ‫ כ‬ሺͳሻ ‫ כ‬ሺͳሻ
ܵ௘ ൌ ͳ͵ͷǡͻͺሾ‫ܽܲܯ‬ሿ
10,11, 12,13
Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 321, 322, 324,325, 326
72
Como la flexión y la torsión intervienen en los cálculos es necesario calcular la
resistencia de fluencia al cortante del eje, para lo cual se aplica la Teoría de la
Energía de Distorsión, donde:
Donde:
ܵ௦௬ ൌ Ͳǡͷ͹͹ܵ௬
[Ec. 3.41]14
Ssy : resistencia de fluencia al cortante.
Sy: resistencia de fluencia.
ܵ௦௬ ൌ Ͳǡͷ͹͹ ‫͵ʹ כ‬ͷሾ‫ܽܲܯ‬ሿ
ܵ௦௬ ൌ ͳ͵ͷǡ͸ሾ‫ܽܲܯ‬ሿ
Ahora se procede a calcular el límite de fatiga a la cortadura completamente
corregida por medio del límite de resistencia a la fatiga del eje
Donde:
ܵ௦௘ ൌ Ͳǡͷ͹͹ܵ௘
[Ec. 3.42]15
Sse : límite de fatiga a la cortadura completamente corregida.
Se: límite de resistencia a la fatiga del eje.
ܵ௦௘ ൌ Ͳǡͷ͹͹ ‫͵ͳ כ‬ͷǡͻͺሾ‫ܽܲܯ‬ሿ
ܵ௦௘ ൌ ͹ͺǡͶ͸ሾ‫ܽܲܯ‬ሿ
3.1.8.4.4 Cálculo del factor de seguridad.
Para calcular el factor de seguridad según el método de SODERBERG la
ecuación es la siguiente:
14 , 15
Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 347, 348, 349 y 736
73
݊ൌ
Donde:
గ‫כ‬ௗ య
[Ec. 3.43]16
మ
ಾ మ
೅
൰ ାቀ ቁ
ೄೞ೐
ೄೞ೤
ଵ଺‫כ‬ඨ൬
n: factor de seguridad.
d. diámetro el eje = 2,5 ሾܿ݉ሿ
T: torque = ͵ͷሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ
M: momento máximo en el eje = ʹͺͲǡʹሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ
Ssy : resistencia de fluencia al cortante = ͳ͵ͷǡ͸ሾ‫ܽܲܯ‬ሿ= ͳ͵ͺʹǡ͹ͳሾ݇݃Ȁܿ݉ଶ ሿ
Sse : límite de fatiga a la cortadura corregido = ͹ͺǡͶ͸ሾ‫ܽܲܯ‬ሿ= ͺͲͲǡͲ͸ሾ݇݃Ȁܿ݉ଶ ሿ
݊ൌ
ͳ͸ ‫ כ‬ඨቆ
ߨ ‫ כ‬ሺʹǡͷܿ݉ሻଷ
ଷହ௞௚Ǥ௖௠
ଵଷ଼ଶǡ଻ଵ
ೖ೒
೎೘మ
ଶ
ଶ଼଴ǡଶ௞௚Ǥ௖௠
ቇ ൅ቆ
଼଴଴ǡ଴଺
ೖ೒
೎೘మ
ଶ
ቇ
݊ ൌ ͺǡ͹Ͷ
Verificación del factor de seguridad:
Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley:
ଷଶ‫כ‬ெ‫כ‬௡ ଵȀଷ
Donde:
݀ൌቀ
గ‫כ‬ௌ೐
ቁ
n: factor de seguridad.
d. diámetro el eje = 2,5 ሾܿ݉ሿ = 25 ሾ݉݉ሿ
M: momento máximo en el eje = ʹͺͲǡʹሾ݇݃Ǥ ܿ݉ሿ
16
Diseño de Ingeniería Mecánica, SHIGLEY 4ta Edición Pág. 735
[Ec. 3.44]
74
Se: límite de resistencia a la fatiga del eje = ͳͷ͵ǡͻͺሾ‫ܽܲܯ‬ሿ= ͳ͵ͺ͸ǡͷͻሾ݇݃Ȁܿ݉ଶ ሿ
݊ൌ
݊௥ ൌ
݀ଷ ‫ܵ כ ߨ כ‬௘
͵ʹ ‫ܯ כ‬
݇݃
ሺʹǡͷܿ݉ሻଷ ‫͵ͳ כ ߨ כ‬ͺ͸ǡͷͻ ܿ݉ʹ
͵ʹ ‫ʹ כ‬ͺͲǡʹ݇݃Ǥ ܿ݉
݊௥ ൌ ͹ǡͷͻ
El factor de seguridad requerido (nr) se menor que el factor de seguridad de
diseño (n), con lo cual el diámetro del eje (d = 2,5 cm) es aceptable.
݊௥ ൌ ͹ǡͷͻ ൏ ݊ ൌ ͺǡ͹Ͷ
3.1.9. CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE LAS CHUMACERAS
(RODAMIENTOS Y SOPORTES).
Ya que los rodamientos van a girar a 1000 r.p.m. se selecciona el rodamiento
utilizando la capacidad de carga dinámica.
Se usa el catálogo SKF para la selección de los rodamientos y de sus respectivos
soportes.
Se selecciona soportes de piso con rodamientos Y con carga dinámica
equivalente:
Donde:
P: carga equivalente [N].
Fr: carga radial real [N].
Fa: Carga axial real [N].
X: factor radial.
17
Catálogo SKF Pág. 358
ܲ ൌ ܺ‫ܨ‬௥ ൅ ܻ‫ܨ‬௔
[Ec. 3.45]17
75
Y: factor axial.
Como la carga axial es casi despreciable (‫ܨ‬௔ ൎ Ͳ) se tiene:
ܲ ൌ ܺ‫ܨ‬௥
Donde:
X=1 (Fa/Fr ≤ e)
Fr = 76,86 kg = 754 [N]
ܲ ൌ ͳ ‫ כ‬͹ͷͶ
ܲ ൌ ͹ͷͶሾܰሿ
Fórmula de duración:
‫ܮ‬ଵ଴௛ ൌ
Donde:
ଵ଴଴଴଴଴଴ ஼ ௣
଺଴௡
ቀ௉ቁ
[Ec. 3.46]18
L10h: duración nominal en horas de servicio.
n: velocidad constante de rotación en rev/min = 1000 r.p.m.
C: capacidad de carga dinámica.
P: carga dinámica equivalente sobre el rodamiento.
p: exponente de la fórmula de la duración; siendo p= 3 para los rodamientos de
bolas.
Se toma un valor de L10h en base a las recomendaciones del catálogo para el
caso de máquinas de 8 horas de trabajo, no totalmente utilizadas.
L10h=15000.
೛
‫ ܥ‬ൌ ܲ ‫ כ‬ඨ
18
Catálogo SKF Pág. 358
͸Ͳ ‫ܮ כ ݊ כ‬ଵ଴௛
ͳͲͲͲͲͲͲ
76
య
‫ ܥ‬ൌ ͹ͷͶ ‫ כ‬ඨ
͸Ͳ ‫ͳ כ ͲͲͲͳ כ‬ͷͲͲͲ
ͳͲͲͲͲͲͲ
‫ ܥ‬ൌ ͹ʹͺͲ
Del CATÁLOGO SKF (ver ANEXO F) para soportes de pie con rodamiento Y,
fundición, Pág. 358 se selecciona el siguiente:
·
Denominación: SY 25 FM
·
Soporte: SY 505 M
·
Rodamiento Y: YET 205
·
d= 25mm
·
C= 10800 N
Se usa éste rodamiento con anillo de fijación excéntrico por fácil montaje.
3.1.10. CÁLCULO Y DISEÑO DE LA LENGÜETA.
Parámetros de la lengüeta:
·
Material de la lengüeta: Acero A-37.
·
Resistencia a la fluencia: σFl= 2350 [kg/cm2].
·
Momento torsor: Mt = 35 [kg-cm] = [350kg-mm].
·
Factor de seguridad. Fs = 2,8
·
Diámetro del eje: ø = 20 [mm].
·
Fuerza de corte:
1920
‫ܨ‬௖ ൌ
‫ܨ‬௖ ൌ
19, 20
Tabla de la Industria Metalúrgica, pág. 17-22
ଶெ೟
‫׎‬
ʹ ‫͵ כ‬ͷͲ݇݃Ǥ ݉݉
ʹͲ݉݉
[Ec. 3.47]20
77
‫ܨ‬௖ ൌ ͵ͷሾ݇݃ሿ
·
Esfuerzo de corte admisible:
߬௔ௗ ൌ ߬௔ௗ ൌ ଴ǡହ଻଻‫כ‬ఙಷ೗
ிೞ
[Ec. 3.48]
Ͳǡͷ͹͹ ‫͵ʹ כ‬ͷͲ
ʹǡͺ
߬௔ௗ ൌ ͶͺͶǤʹ͹ ൤
߬௔ௗ ൌ ݇݃
൨
ܿ݉ଶ
ி೎
௅‫כ‬௕
[Ec. 3.49]
Figura 3.16 Gráfico para el diseño de la Lengüeta.
La figura 3.16 muestra las longitudes que tiene la lengüeta, así como también la
fuerza cortante a la que halla sometida.
3.1.10.1. Cálculo de la longitud de la lengüeta.
ͶͺͶǤʹ͹ ൤
͵ͷ݇݃
݇݃
൨
ൌ
‫Ͳ כ ܮ‬ǡ͸ܿ݉
ܿ݉ଶ
‫ ܮ‬ൌ Ͳǡͳʹሾܿ݉ሿ ൌ ͳǡʹሾ݉݉ሿ
78
Como la longitud L es muy pequeño se cambia a: L= 20mm.
Recalculando:
߬௔ௗ ൌ ߬௔ௗ ൌ ‫ܨ‬௖
‫ܾכܮ‬
͵ͷ݇݃
ʹܿ݉ ‫Ͳ כ‬ǡ͸ܿ݉
߬௔ௗ ൌ ʹͻǡͳ͹
߬௔ௗ ൌ ‫ܨ‬௦ ൌ ݇݃
ܿ݉ଶ
Ͳǡͷ͹͹ ‫ߪ כ‬ி௟
‫ܨ‬௦
Ͳǡͷ͹͹ ‫͵ʹ כ‬ͷͲ ቂ
௞௚
௞௚
௖௠మ
ʹͻǡͳ͹ ቂ௖௠మ ቃ
ቃ
‫ܨ‬௦ ൌ Ͷ͸ǡͶͺ ൎ Ͷ͹
Por lo tanto, la lengüeta con una longitud: L=2mm, y un ancho: b=6mm tiene un
factor de seguridad de:
‫ܨ‬௦ ൌ Ͷ͹
3.1.11.
CÁLCULO DE LOS SOPORTES PARA LA CHUMACERA
Figura 3.17 Gráfico del Diseño del Soporte para la Chumacera.
79
La fuerza a la cual va a estar sometido cada soporte, es la misma que actúa sobre
cada chumacera (Ver figura 3.17). Para el cálculo se toma la fuerza mayor, la cual
tiene un valor de:
Consideraciones:
ܴ ൌ ͹͹ሾ݂݇݃ሿ
Se toma como dato inicial las dimensiones del apoyo seleccionadas inicialmente
para determinar el espesor de las mismas y del cordón de soldadura.
Estas se consideran como vigas de sección variable, con carga uniformemente
distribuida.
3.1.11.1. Diagrama de Cuerpo Libre.
Figura 3.18 Diagrama de Cuerpo Libre del Soporte de la Lengüeta.
3.1.11.2. Cálculos.
Para el tipo de viga especificada en la figura 3.18 se tiene que:
Donde:
݄ൌට
b: espesor de la viga (placa).
h: altura máxima de la viga = 100 [mm].
ଷொ௅
௕ఙೌ೏೘
Ec. 3.50]
80
Q: carga total sobre la viga.
L: luz de la viga = 200 [mm].
σadm: esfuerzo admisible de flexión del material = 450 [kg/cm 2]
Esta fuerza se divide para las dos placas (escuadras) que soportan la chumacera,
de modo que cada una soporta:
ܳ ൌ
ܴ
ʹ
ܳ ൌ ͵ͻሾ݂݇݃ሿ
De modo que despejando y remplazando en la ecuación 3.50 se tiene:
ܾൌ
͵ܳ‫ܮ‬
݄ଶ ߪ௔ௗ௠
͵ ‫݉݉ͲͲʹ כ ݂݃݇ͻ͵ כ‬
ሺͳͲ݉݉ሻଶ
ܾൌ
‫כ‬
ሺͳͲͲ݉݉ሻଶ ‫ כ‬ͶͷͲ݇݃Ȁܿ݉ଶ
ͳܿ݉ଶ
ܾ ൌ Ͳǡͷʹሾ݉݉ሿ
El espesor requerido es demasiado delgado, por lo que se mantiene el valor
previamente establecido de 5mm. Para éste espesor, recalculando se tiene que
el esfuerzo que soportan las placas es de:
ߪ௔ௗ௠ ൌ
ߪ௔ௗ௠ ൌ
͵ܳ‫ܮ‬
݄ଶ ܾ
͵ ‫ ݉݉ͲͲʹ כ ݂݃݇ͻ͵ כ‬ሺͳͲ݉݉ሻଶ
‫כ‬
ͳܿ݉ଶ
ሺͳͲͲ݉݉ሻଶ ‫ כ‬ͷ݉݉
81
ߪ௔ௗ௠ ൌ Ͷ͸ǡͺ
Lo que da un factor de seguridad de:
݊ൌ
݇݃
݇݃
ൎ
Ͷ͹
ܿ݉ଶ
ܿ݉ଶ
ͶͷͲ
௞௚
௖௠మ
௞௚
Ͷ͹ ௖௠మ
݊ ൌ ͻǡ͸
3.1.12.
CÁLCULO Y DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS
APOYOS DE LA CHUMACERA.
Para el diseño de la soldadura, se calcula las dimisiones del cordón de soldadura
que se necesita para que el esfuerzo sobre la placa no sobrepase el esfuerzo
admisible. (Ver figura 3.19)
Figura 3.19 Diseño de la Soldadura para los soportes de la chumacera.
La placa horizontal está sometida a un esfuerzo de flexión, el cual es máximo en
la raíz de la junta del cordón de soldadura horizontal. Este valor varía desde un
mínimo a un máximo de:
‫ܯ‬௠ž௫ ൌ േ‫ܿ כ ܨ‬ሾܰ ȉ ݉݉ሿ
[Ec. 3.51]
82
Donde:
Mmáx: momento máximo ሾܰ ȉ ݉݉ሿ
F: fuerza vibratoria en cada soporte = 39 [kgf]
c: distancia hasta el extremo de la junta = 200 [mm].
‫ܯ‬௠ž௫ ൌ േ͵ͻ݂݇݃ ‫݉݉ͲͲʹ כ‬
‫ܯ‬௠ž௫ ൌ േ͹ͺͲͲ݂݇݃ ȉ ݉݉ ‫כ‬
ͻǡͺͳܰ
ͳ݂݇݃
‫ܯ‬௠ž௫ ൌ േ͹͸ͷͳͺሾܰ ȉ ݉݉ሿ
Además existe una fuerza de corte que varía alternativamente.
ܸ௠ž௫ ൌ േ͵ͻሾ݂݇݃ሿ
El módulo de la sección de la soldadura es:
ܼ௪ ൌ Donde:
௕ௗ
ଶ
൅
ௗమ
ଷ
[Ec. 3.52]
Zw: módulo de la sección [mm2]
b: ancho de la junta = 60 [mm]
d: alto de la junta = 100 [mm]
Entonces:
ܼ௪ ൌ ͸͵͵͵Ǥ͵͵ሾ݉݉ଶ ሿ ൎ ͸͵͵͵ሾ݉݉ଶ ሿ
La carga debido a la flexión es:
݂ൌ
Donde:
௞௚௙
f: carga debido a la flexión ቂ௠௠ቃ
ெ೘žೣ
௓ೢ
[Ec. 3.53]
83
͹ͺͲͲ݂݇݃ ȉ ݉݉
͸͵͵͵݉݉ଶ
݂݇݃
݂ ൌ ͳǡʹ͵ ൤
൨
݉݉
݂ ൌ
La fuerza de corte media es:
‫ܨ‬௖ ൌ
Donde:
௏
[Ec. 3.54]
௅ೢ
Fc: fuerza cortante media
‫ܮ‬௪ ൌ ʹ݀ ൅ ܾ
‫ܮ‬௪ ൌ ʹ͸Ͳ݉݉
Entonces:
͵ͻ݂݇݃
ʹ͸Ͳ݉݉
݂݇݃
൨
‫ܨ‬௖ ൌ Ͳǡͳͷ ൤
݉݉
‫ܨ‬௖ ൌ
La fuerza máxima en la junta soldada es la suma de la carga debido a la flexión y
la carga de corte (ver figura 3.20):
Figura 3.20 Fuerza Máxima de la Soldadura para los soportes de la Chumacera.
‫ܨ‬௠௔௫ ൌ ඥ݂ ଶ ൅ ‫ܨ‬௖ଶ
‫ܨ‬௠௔௫ ൌ ඨቆͳǡʹ͵ ቈ
ଶ
݂݇݃
݂݇݃
቉ቇ ൅ ቆͲǡͳͷ ቈ
቉ቇ
݉݉
݉݉
[Ec. 3.55]
ଶ
84
‫ܨ‬௠௔௫ ൌ ͳǡʹͶ ൤
݂݇݃
൨
݉݉
Considerando que la máquina debe tener una vida útil mínima de 5 años y que va
a trabajar 8 horas diarias a una velocidad de 1000r.p.m. se tiene que la soldadura
debe resistir 900x106 ciclos.
La fuerza permisible por pulgada para resistir 2*106 ciclos es:
Donde:
݂ଶ‫כ‬ଵ଴ల ൌ
ହ଴ଽ଴ ௟௕
ೖ
ଵି
మ
ቂ ቃ
௜௡
[Ec. 3.56]21
k = -1 (carga completamente invertida) 22
Entonces:
݈ܾ
݈ܾ
݂ଶ‫כ‬ଵ଴ల ൌ ͵͵ͻ͵ǡ͵͵ ൤ ൨ ൎ ͵͵ͻ͵ ൤ ൨
݅݊
݅݊
La resistencia a la fatiga expresada en función del número de ciclos por medio de
la fórmula empírica es:
ே
Donde:
௖
‫ܨ‬஺ ൌ ‫ܨ‬஻ ቀேಳ ቁ
ಲ
FA: resistencia a la fatiga para NA ciclos.
FB: resistencia a la fatiga para NB ciclos = 3393 [lb/in]
NB: 2*106 ciclos.
NA: 900*106 ciclos.
c: 0,1323
La fuerza permisible por pulgada de soldadura, para 900*106 ciclos es:
21, 22, 23
HALL, A.S., Teoría y problemas de diseño de maquinas, McGraw-Hill, pág.306.
[Ec. 3.57]
85
‫ܨ‬ଽ଴଴‫כ‬ଵ଴ల
଴ǡଵଷ
ʹ ‫଺Ͳͳ כ‬
ൌ ͵͵ͻ͵ሾ݈ܾȀ݅݊ሿ ቆ
ቇ
ͻͲͲ ‫଺Ͳͳ כ‬
݈ܾ
‫ܨ‬ଽ଴଴‫כ‬ଵ଴ల ൌ ͳͷ͵͵ǡͶ ൤ ൨
݅݊
Finalmente la dimensión de la soldadura es:
‫ݓ‬ൌ
ி௨௘௥௭௔௠ž௫௜௠௔
ி௨௘௥௭௔௣௘௥௠௜௦௜௕௟௘
[Ec. 3.58]
Donde:
w: dimensión de la soldadura [in].
Fuerza máxima = 1,24ቂ
࢑ࢍࢌ
࢓࢓
௟௕
ቃ =69,44 ቂ ቃ
௟௕
Fuerza permisible = 1533,4ቂ ቃ
௜௡
௜௡
‫ݓ‬ൌ
͸ͻǡͶͶ
ͳͷ͵͵ǡͶ
‫ ݓ‬ൌ ͲǡͲͶͷ͵݅݊ ൌ ͳǡʹ݉݉
El valor calculado es demasiado pequeño y esto ocasiona dificultades para
realizarlo, por lo tanto éste se lo sobredimensiona al valor de 3.5mm con lo que
sobredimensionamos el cordón y disminuimos costos. De modo que las
dimensiones de la junta son las siguientes (ver figura 3.21):
Figura 3.21 Dimensiones finales del cordón de soldadura.
86
3.1.13.
CÁLCULO PARA EL DISEÑO DE LOS RESORTES
3.1.13.1. Cálculo para Diseñar el Resorte.
El cálculo de estos resortes helicoidales se basa en la suposición de que la carga
está dirigida a lo largo del eje del resorte, de allí que, las únicas cargas a ser
consideradas sobre cualquier sección del resorte son: la carga P que produce
flexión y el momento torsor M que la gira (Ver figura 3.22).
Figura 3.22 Resorte Helicoidal
Donde:
D: diámetro del resorte entre las fibras neutras.
d: diámetro del alambre.
p: paso de las espiras.
N: número de espiras activas.
Las fibras internas del resorte son las más esforzadas, puesto que aquí se suman
los esfuerzos provocados por la carga P y los del momento M, (ver figura 3.23),
por lo tanto se tiene:
87
Figura 3.23 Resultante de los esfuerzos a los que está sometido el resorte .
߬ ൌ
Donde:
଼௉஽
గௗ య
‫ כ‬ቂͳ ൅
ଵ
ଶ஼
ቃ
߬: esfuerzo cortante.
P: fuerza sobre el resorte.
D: diámetro medio del resorte.
d: diámetro del alambre.
஽
C: índice del resorte = .
ௗ
CONSIDERACIONES:
24
·
Material: ASTM 227.24
·
Extremos del resorte: Rebajados a escuadra.
·
Factor de seguridad: 1.2 < Fs< 2.5
·
Longitud máxima: L < 4 veces el diámetro del resorte.
J.E. SHIGLEY; Manual de Diseño Mecánico; 4ta edición; McGraw-Hill Book Company; pág.477.
[Ec. 3.59]
88
Tabla 3.2 Diámetros normalizados de alambres según DIN 2097
25
0.1
0.2
0.6
1.4
3.5
7.5
11.5
0.1
0.3
0.6
1.6
4.0
8.0
12.0
0.1
0.3
0.7
1.8
4.5
8.5
13.0
0.1
0.3
0.7
2.0
5.0
9.0
14.0
0.1
0.4
0.8
2.3
5.5
9.5
16.0
0.2
0.4
0.9
2.6
6.0
10.0
0.2
0.5
1.0
2.9
6.5
10.5
0.2
0.5
1.2
3.2
7.0
11.0
Fuente: Manual de Diseño Mecánico.
Elaboración: Propia.
Estas consideraciones se las ha realizado tomando en cuenta que este tiene las
características que más se acercan a nuestro diseño (ver tabla 3.2). Los extremos
del resorte se los han considerado rebajados a escuadra ya que estos aseguran
una mejor estabilidad y mejora la transferencia de carga hacia el resorte. El factor
de seguridad se lo ha tomado de recomendaciones bibliográficas. Y la longitud
máxima está en función del diámetro del resorte, evitando llegar a las condiciones
de pandeo.
Para el cálculo del resorte se parte de establecer valores de:
·
D: diámetro del resorte entre las fibras neutras.
·
p: paso de las espiras.
Luego tomando valores para el diámetro del alambre, de acuerdo a valores
normalizados, se llega a determinar C:
Donde:
D: diámetro medio del resorte [mm].
‫ܥ‬ൌ
‫ܦ‬
݀
d: diámetro del alambre [mm].
25
J.E. SHIGLEY; Manual de Diseño Mecánico; 4ta edición; McGraw-Hill Book Company; pág.477.
89
Para de ésta manera calcular el factor de multiplicación del esfuerzo cortante (Ks).
‫ܭ‬௦ ൌ ͳ ൅
ଵ
ଶ஼
[Ec. 3.60]
Ahora se determina la carga máxima a la que el resorte puede estar sometido
(Pmáx).
ܲ௠ž௫ ൌ
ఛೌ೏೘ గௗ య
଼஽௄ೞ
[Ec. 3.61]
Donde:
Pmáx: carga axial máxima [N].
߬௔ௗ௠ : esfuerzo cortante máximo [N].
D: diámetro medio del resorte [mm].
d: diámetro del alambre [mm].
Ks: factor de multiplicación del esfuerzo cortante.
Para poder establecer el valor de ߬௔ௗ௠ es necesario determinar el valor de Sut.
Donde:
ܵ௨௧ ൌ
஺
ௗ೘
[Ec. 3.62]
Sut: resistencia última a la tensión [MPa].
A: constante [MPa].
d: diámetro del alambre [mm].
m: constante.
Estos valores se toman de la tabla 10-1 y tabla 10-2 del libro de SHIGLEY (VER
ANEXO G)26, escogiendo como material un alambre estirado duro.
Una relación aproximada entre la resistencia de fluencia y la resistencia última a
la tensión está dada por:
26
SHIGLEY, J.E.; Manual de Diseño Mecánico; 4ta edición; McGraw-Hill Book Company; pág.477 y 478.
90
Donde:
ܵ௬ ൌ Ͳǡ͹ͷܵ௨௧
[Ec. 3.63]
Sy: resistencia de fluencia [MPa].
Sut: resistencia última a la tensión [MPa].
Aplicando la teoría de la distorsión es posible estimar la resistencia de fluencia a
la torsión.
ܵ௦௬ ൌ Ͳǡͷ͹͹ܵ௬
Donde:
[Ec. 3.64]
ܵ௦௬ ൌ ߬௔ௗ௠
Ssy: resistencia de fluencia a la torsión [MPa].
De la fórmula de la deflexión de un resorte se tiene que:
Donde:
‫ݕ‬ൌ
௉೘žೣ
௞
[Ec. 3.65]
y: deflexión del resorte [mm].
Pmáx: carga axial máxima [N].
k: constante del resorte [N/m].
De la fórmula de la constante del resorte se tiene que:
Donde:
k: constante del resorte [N/m].
݇ൌ
ௗరீ
଼஽య ே
[Ec. 3.66]
91
d: diámetro del alambre [mm].
G: módulo de rigidez [MPa] = 79300 [MPa].
D: diámetro del resorte [mm].
N: número de vueltas o espiras activas.
Igualando las ecuaciones 3.65 y 3.66, y despejando f/n se obtiene:
௬
Para determinar k*N se aplica:
ே
ൌ
଼௉೘žೣ ஽య
ௗరீ
݇‫ ܰכ‬ൌ
௉೘žೣ
೤
ಿ
[Ec. 3.67]
[Ec. 3.68]
Una vez conocido este producto se encuentra el número de espiras activas (N) ya
que k es conocido.
݇௩ ൌ ʹ͹ǡʹͻ ൤
ܰ
൨
݉݉
Como los extremos del resorte se los han considerado rebajados a escuadra el
número total de espiras (NT) es: (ver figura 3.24)
்ܰ ൌ ʹ ൅ ܰ
[Ec. 3.69]
92
Figura 3.24 Extremos de los resortes para distintas aplicación (Fuente: SHIGLEY, J.E.;
Manual de Diseño Mecánico; 4ta edición; McGraw-Hill Book Company; pág.476).
Entonces la longitud libre del resorte es:
‫ ܮ‬ൌ ሺܰ ‫݌ כ‬ሻ ‫݀ʹ כ‬
[Ec. 3.70]
Donde:
L: longitud libre del resorte [mm].
N: número de espiras activas.
p: paso del resorte [mm].
d: diámetro del alambre [mm].
Con estos valores se procede a realizar una tabla (Tabla 3.3) donde se itera
valores de diámetro (D) y paso (p) para determinar las demás dimensiones del
resorte, de manera que no sobrepase el valor admisible del esfuerzo cortante, que
su longitud no sea mayor a la de pandeo, y tenga un factor de seguridad entre los
valores recomendados.
93
Tabla 3.3 Valores para realizar la iteración de diferentes valores de diámetro del resorte
(D) y paso (p) para determinar las demás dimensiones del resorte.
P [mm]:
Lmáx[mm]:
13
180
Pmin [N]:
1157.2
D [mm]:
45
d
[mm]
C
Ks
Sut
[Mpa]
Sy
[Mpa]
Ssy
[Mpa]
Pmáx
[N]
f/na
[mm]
k*na
[N/mm]
na
nt
L
[mm]
f.s.
2
22.5
1.02
1531.9
1149.0
662.9
45.28
25.92
1.75
0.1
2.1
4.81
0.04
2.3
19.6
1.03
1491.4
1118.5
645.4
66.82
21.87
3.06
0.1
2.1
6.02
0.06
2.6
17.3
1.03
1456.7
1092.5
630.4
93.97
18.83
4.99
0.2
2.2
7.52
0.08
2.9
15.5
1.03
1426.5
1069.8
617.3
127.28
16.48
7.72
0.3
2.3
9.39
0.11
3.2
14.1
1.04
1399.7
1049.8
605.7
167.27
14.61
11.45
0.4
2.4
11.72 0.14
3.5
12.9
1.04
1375.9
1031.9
595.4
214.44
13.09
16.39
0.6
2.6
14.62 0.19
4
11.3
1.04
1341.0
1005.8
580.3
310.33
11.10
27.95
1.0
3.0
21.00 0.27
4.5
10.0
1.05
1311.1
983.3
567.4
429.69
9.60
44.78
1.6
3.6
29.82 0.37
5
9.0
1.06
1284.8
963.6
556.0
574.58
8.42
68.24
2.4
4.4
41.73 0.50
5.5
8.2
1.06
1261.5
946.1
545.9
746.96
7.48
99.92
3.6
5.6
57.46 0.65
6
7.5
1.07
1240.6
930.5
536.9
948.73
6.70
141.51
5.1
7.1
77.80 0.82
6.5
6.9
1.07
1221.7
916.3
528.7
1181.68
6.06
194.91
7.0
9.0 103.62 1.02
7
6.4
1.08
1204.4
903.3
521.2
1447.53
5.52
262.17
9.4 11.4 135.89 1.25
7.5
6.0
1.08
1188.6
891.4
514.4
1747.96
5.06
345.49
12.4 14.4 175.63 1.51
8
5.6
1.09
1173.9
880.5
508.0
2084.57
4.66
447.24
16.0 18.0 223.95 1.80
8.5
5.3
1.09
1160.4
870.3
502.1
2458.88
4.31
569.98
20.4 22.4 282.01 2.12
9
5.0
1.10
1147.7
860.8
496.7
2872.39
4.01
716.40
25.6 27.6 351.09 2.48
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
De la tabla 3.3 se determina las dimensiones del resorte, las que se detallan en la
figura 3.25.
·
d = 7,5 [mm].
·
D = 45 [mm].
·
p = 13 [mm].
·
L = 175,63 [mm].
·
NT = 14,4 ൎ14,5
Figura 3.25 Resorte seleccionado para la aplicación
94
3.1.13.2. Análisis de Pandeo.
En un resorte sometido a compresión se puede presentar pandeo, cuando la
longitud libre del resorte es mayor a cuatro veces el diámetro medio del resorte.
L > 4D
Para el presente caso se tiene:
173,63 [mm] < 4*45 [mm]
173,63 [mm] < 180 [mm]
Por lo tanto el resorte no presenta pandeo.
3.1.13.3. Análisis de Resonancia.
La resonancia se produce cuando la frecuencia natural a la que vibra el resorte es
igual a la frecuencia a la que actúa la carga aplicada.
La frecuencia natural de una espiral de acero expresada en ciclos por minuto se
determina por:
݂௡ ൌ ଵସଵ଴଴‫כ‬ௗ
஽‫כ‬ே
Donde:
fn: frecuencia natural de una espira ቂ
௖௜௖௟௢௦
௦
ቃ.
d: diámetro del alambre [in] = 7,5 [mm] = 0,295 [in].
D: diámetro medio de la espira [in] = 45 [mm] = 1,772 [in].
N: número de espiras activas = 12,5.
݂௡ ൌ ͳͺ͹ǡ͹ͻ ൤
݈ܿ݅ܿ‫ݏ݋‬
൨
‫ݏ‬
[Ec. 3.71]
95
La frecuencia de la fuerza perturbadora es:
݂௣ ൌ ‫ ݓ‬ൌ ͳͲͲͲ ቂ
‫ݒ݁ݎ‬
݈ܿ݅ܿ‫ݏ݋‬
ቃ ൌ ͳ͸ǡ͹ ൤
൨
݉݅݊
‫ݏ‬
Entonces la frecuencia natural del resorte no coincide con la frecuencia de la
fuerza perturbadora por lo que el resorte está libre de la zona de resonancia.
݂௡ ് ݂௣
3.1.14.
CÁLCULO
Y
DISEÑO
DE
LOS
APOYOS
DE
SUSTENTACIÓN DEL BASTIDOR MÓVIL (FIG. 3.26)
Figura 3.26 Apoyo de sustentación del Bastidor Móvil.
La fuerza centrífuga causada por los contrapesos, y el bastidor móvil se
transmiten a los 4 apoyos.
Donde:
ܳ ൌ
ܲ ൅ ‫ܨ‬௖
Ͷ
Q: carga que soporta cada apoyo [N].
P: peso de la máquina = 80 [kg] = 784 [N]
Fc: fuerza centrífuga máxima = 3836, 7 [N]
96
ܳ ൌ ͳͳͷͷǡʹሾܰሿ
3.1.14.1. Consideraciones.
Se toma como dato inicial las dimensiones del apoyo escogidas inicialmente para
determinar el espesor de las mismas y del cordón de soldadura
Estas se consideraran como vigas en cantiléver de sección variable, con carga
uniformemente distribuida.
3.1.14.2.
Diagrama de Cuerpo Libre. (Figura 3.27)
Figura 3.27 Diagrama de Cuerpo libre para los Apoyos de sustentación del Bastidor Móvil.
3.1.14.3.
Cálculos.
Para el tipo de viga especificada se tiene:
݄ൌට
Donde:
b: espesor de la viga (placa).
h: altura máxima de la viga = 64 [mm].
ଷொ௅
௕ఙೌ೏೘
[Ec. 3.72]
97
Q: carga total sobre la viga.
L: luz de la viga = 100 [mm].
ߪ௔ௗ௠ : esfuerzo admisible de flexión del material = 450
௞௚
௖௠మ
La carga Q total distribuida es igual a la carga máxima en el sentido vertical en
cada soporte dividida por el número de escuadras.
ܳ ൌ
ͳͳͷͷǡʹሾܰሿ
ʹ
ܳ ൌ ͷ͹ͺሾܰሿ
De modo que al despejar y reemplazar en la ecuación 3.72 se tiene:
ܾ ൌ Ͳǡͻ͸ሾ݉݉ሿ
El espesor requerido es demasiado delgado, por lo que se mantiene el valor
previamente establecido de 3mm. Recalculando para este espesor, el esfuerzo
que soportan las placas es de:
ߪൌ
͵ܳ‫ܮ‬
ܾ݄ଶ
ߪ ൌ ͳͶ͵ǡͺ ൤
Lo que da un factor de seguridad de:
݊ൌ
݇݃
൨
ܿ݉ଶ
ͶͷͲ
ൌ ͵ǡͳ͵
ͳͶ͵ǡͺ
98
3.1.15.
CÁLCULO Y DISEÑO DE LA SOLDADURA PARA LOS
APOYOS DEL BASTIDOR MÓVIL
Para el diseño de la soldadura, se procede a calcular las dimensiones del cordón
de soldadura.
Figura 3.28 Diseño de la soldadura para los Apoyos de sustentación del Bastidor Móvil.
La placa horizontal está sometida a un esfuerzo de flexión, el cual es máximo en
la raíz de la junta del cordón de soldadura horizontal (Ver figura 3.28). Este valor
varía desde un mínimo a un máximo de:
Donde:
‫ܯ‬௠ž௫ ൌ േ‫ܿ כ ܨ‬ሾܰ ȉ ݉݉ሿ
Mmáx: momento máximo ሾܰ ȉ ݉݉ሿ
F: fuerza vibratoria en cada soporte = 1155,2 [N]
c: distancia hasta el extremo de la junta = 100 [mm]
‫ܯ‬௠ž௫ ൌ േͳͳͷͷʹͲሾܰ ȉ ݉݉ሿ
Además existe una fuerza de corte que varía alternativamente.
ܸ௠ž௫ ൌ േͳͳͷͷǡʹܰ
Ec. 3.73]
99
El módulo de la sección de la soldadura es:
ܼ௪ ൌ Donde:
௕ௗ
ଶ
ௗమ
൅
ଷ
[Ec. 3.74]
Zw: módulo de la sección [mm2].
b: ancho de la junta = 100 [mm].
d: alto de la junta = 64 [mm].
Entonces:
ܼ௪ ൌ Ͷͷ͸ͷǡ͵͵ሾ݉݉ଶ ሿ ൎ Ͷͷ͸ͷሾ݉݉ଶ ሿ
La carga debido a la flexión es:
݂ൌ
ெ೘žೣ
[Ec. 3.75]
௓ೢ
Donde:
f: carga debido a la flexión ቂ
ே
௠௠
ቃ
͹ͺͲͲ݂݇݃ ȉ ݉݉
͸͵͵͵݉݉ଶ
ܰ
݂ ൌ ʹͷǡ͵ ൤
൨
݉݉
݂ ൌ
La fuerza de corte media es:
௏
‫ܨ‬௖ ൌ
௅
ೢ
Donde:
Fc: fuerza cortante media
‫ܮ‬௪ ൌ ʹ݀ ൅ ܾ
‫ܮ‬௪ ൌ ʹʹͺ݉݉
[Ec. 3.76]
100
Entonces:
‫ܨ‬௖ ൌ ͷǡͲ͹ ൤
ܰ
൨
݉݉
La fuerza máxima en la junta soldada es la suma de la carga debido a la flexión y
la carga de corte (ver figura 3.29):
Figura 3.29 Fuerza Máxima de la Soldadura para los soportes de la Chumacera.
‫ܨ‬௠௔௫ ൌ ඥ݂ ଶ ൅ ‫ܨ‬௖ଶ
‫ܨ‬௠ž௫ ൌ ʹͷǡͺ ൤
[Ec. 3.77]
ܰ
൨
݉݉
Considerando que la máquina debe tener una vida útil de 5 años y que debe
trabajar 8 horas diarias a una velocidad de 1000r.p.m. se tiene que la soldadura
debe resistir 900x106 ciclos.
La fuerza permisible por pulgada para resistir 2*106 ciclos es:
݂ଶ‫כ‬ଵ଴ల ൌ
ହ଴ଽ଴ ௟௕
ଵି
ೖ
మ
ቂ௜௡ቃ
[Ec. 3.78]
101
Donde:
k = -1 (carga completamente invertida)
Entonces:
݈ܾ
݈ܾ
݂ଶ‫כ‬ଵ଴ల ൌ ͵͵ͻ͵ǡ͵͵ ൤ ൨ ൎ ͵͵ͻ͵ ൤ ൨
݅݊
݅݊
La resistencia a la fatiga expresada en función del número de ciclos por medio de
la fórmula empírica es:
ே
௖
‫ܨ‬஺ ൌ ‫ܨ‬஻ ቀேಳ ቁ
ಲ
[Ec. 3.79]
Donde:
FA: resistencia a la fatiga para NA ciclos.
FB: resistencia a la fatiga para NB ciclos = 3393 [lb/in]
NB: 2*106 ciclos.
NA: 900*106 ciclos.
c: 0,13
La fuerza permisible por pulgada de soldadura, para 900*10 6 ciclos es:
‫ܨ‬ଽ଴଴‫כ‬ଵ଴ల
଴ǡଵଷ
ʹ ‫଺Ͳͳ כ‬
ൌ ͵͵ͻ͵ሾ݈ܾȀ݅݊ሿ ቆ
ቇ
ͻͲͲ ‫଺Ͳͳ כ‬
݈ܾ
‫ܨ‬ଽ଴଴‫כ‬ଵ଴ల ൌ ͳͷ͵͵ǡͶ ൤ ൨
݅݊
Finalmente la dimensión de la soldadura es:
‫ݓ‬ൌ
ி௨௘௥௭௔௠ž௫௜௠௔
ி௨௘௥௭௔௣௘௥௠௜௦௜௕௟௘
[Ec. 3.80]
102
Donde:
w: dimensión de la soldadura [in].
Fuerza máxima = 25,30ቂ
ࡺ
࢓࢓
௟௕
ቃ = 144,46 ቂ ቃ
௜௡
௟௕
Fuerza permisible = 1533,4ቂ ቃ
௜௡
‫ݓ‬ൌ
͸ͻǡͶͶ
ͳͷ͵͵ǡͶ
‫ ݓ‬ൌ ͲǡͲͻͶ݅݊ ൌ ʹǡ͵ͻ݉݉
Por facilidad de construcción se sobredimensiona el cordón de soldadura a un
tamaño de:
‫ ݓ‬ൌ ʹǡͷ݉݉
Figura 3.30 Dimensiones finales del cordón de soldadura para los soportes de la
chumacera.
3.1.16.
SELECCIÓN DE PERNOS DE ANCLAJE.
El perno de anclaje es un perno embutido en el hormigón para sujetar, fijar o
asegurar un elemento estructural.
CARACTERÍSTICAS:
·
La característica de autopenetración permite una mayor capacidad para
transportar cargas que los anclajes mecánicos convencionales.
103
·
Según el código AC193, está comprobado que garantiza un desempeño
sobresaliente en concreto tanto fisurado como sin fisuras.
·
Es excelente para resistir cargas sísmicas y vibratorias.
·
La varilla de acero dúctil proporciona un desempeño constante y confiable.
·
El cono de cuña de bajo rozamiento y diseño especial minimiza la
adherencia y acelera la instalación.
·
Se instala del mismo modo que un anclaje de cuña convencional; no se
necesitan herramientas ni brocas especiales, tampoco una segunda
perforación.
MATERIALES:
Varilla ASTM A193, Grado B7 o B7M con cono y casquillo de expansión SAE
J403, Grado1144.
SELECCIÓN
Se selecciona un perno de anclaje Torq-Cut (ver ANEXO N), versión con ajuste
previo, cuyas características son las siguientes:
·
ModeloTCAP370600,
·
Tamaño 3/8” X 6”,
·
Límite de fluencia (fya) 105 ksi,
·
Resistencia a la tensión (futa) 125 ksi,
·
Área de esfuerzo de tensión y corte mínima (Ase) 0.078 pulg2,
·
Rigidez axial en rango de cargas de servicio - Concreto sin fisuras
635,830 libras/pulg,
·
Rigidez axial en rango de cargas de servicio - Concreto fisurado 346,694
libras/pulg.
104
3.1.17.
DISEÑO DE LAS TOLVAS.
3.1.17.1. Tolva grano fino y grano medio.
Para la recolección del humus de grano fino y grano medio se realizan tolvas que
tengan un ángulo de inclinación de 13°, con las siguientes dimensiones:
Figura 3.31 Dimensiones de la tolva de grano fino y grano medio.
Para seleccionar la plancha de la tolva se considera; que su función es la
recolección de humus de lombriz; por lo que no se emplea acero inoxidable.
Según el manual de DIPAC se selecciona una plancha PL 1200 x 2440 x 2 mm, la
misma que tiene un peso de 46.74 Kg.
NOTA:
Tanto la tolva de grano fino como la tolva de grano medio poseen las mismas
dimensiones.
105
3.1.17.2. Tolva grano grueso.
Para la recolección de humus de grano grueso se realiza una tolva con las
siguientes dimensiones:
Figura 3.32 Dimensiones de la tolva de grano grueso.
Para seleccionar la plancha de la tolva se considera; que su función es la
recolección de humus de lombriz; por lo que no se emplea acero inoxidable.
Según el manual de DIPAC se selecciona una plancha PL 1200 x 2440 x 2 mm,
la misma que tiene un peso de 46.74 Kg.
3.1.18.
CÁLCULO Y DISEÑO DE LA ESTRUCTURA DE LA
MÁQUINA CLASIFICADORA DE HUMUS.
El diseño y análisis de la estructura se la realiza con la ayuda del programa SAP
2000. Para lo cual se parte de las siguientes consideraciones
3.1.18.1. Consideraciones.
Las dimensiones establecidas son las previamente establecidas.
El perfil de la estructura escogido es el UPN 80 según la norma EUROCODE.
106
Las cargas que actúan sobre dicha estructura son las que actúan sobre cada
resorte; cuyo valor es la suma del peso del bastidor móvil y de la fuerza centrífuga
debido al giro de la masa excéntrica.
3.1.18.2. Diseño de la Estructura. (ver figura 3.33)
Figura 3.33 Diseño de la estructura de la máquina clasificadora de humus (SAP2000).
107
3.1.18.3. Diagrama de Fuerzas a Soportar. (ver figura 3.34)
Figura 3.34 Representación de las fuerzas que soportara la estructura de la máquina
clasificadora de humus (SAP2000).
3.1.18.4. Análisis de las Reacciones con SAP2000. (ver figura 3.35)
Figura 3.35 Análisis de las reacciones que soportará la estructura de la máquina
clasificadora de humus (SAP2000).
108
3.1.18.5. Análisis de la deformación. (ver figura 3.36)
Figura 3.36 Análisis de las deformaciones que soportará la estructura de la máquina
clasificadora de humus (SAP2000).
3.1.18.6. Análisis del Esfuerzo Axial. (ver figuras 3.37 y 3.38)
Figura 3.37 Análisis del esfuerzo axial de la estructura de la máquina clasificadora de
humus (SAP2000).
109
Figura 3.38 Diagrama del esfuerzo axial de la estructura de la máquina clasificadora de
humus (SAP2000).
3.1.18.7. Análisis de Momentos. (ver figura 3.39)
Figura 3.39 Diagrama de momentos de la estructura de la máquina clasificadora de humus
(SAP2000).
110
3.1.18.8. Análisis del Factor de Seguridad. (ver figura 3.40)
Figura 3.40 Análisis del factor de seguridad de la estructura de la máquina clasificadora de
humus (SAP2000).
3.1.18.9. Informe Técnico de la Estructura de la Máquina Clasificadora de Humus.
3.1.18.9.1. Datos de Entrada.
Tabla 3.4 Definiciones de combinación.
Combinación
DSTL1
DSTL2
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tipo
Linear Add
Linear Add
Designación
Yes
Yes
Tipo
Linear Static
Linear Static
Nombre
DEAD
DEAD
Escala
1,400000
1,000000
111
Tabla 3.5 Propiedades del material.
Material
Tipo
4000Psi
A36
A992Fy50
Concrete
Steel
Steel
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tabla 3.6 Propiedades mecánicas básicas.
Peso
Material
Masa
E1
G12
Kgf/mm3
Kgf-s2/mm4
Kgf/mm2
2,40E-06
2,45E-10
2534,564
A36
7,85E-06
8,00E-10
A992Fy50
7,85E-06
8,00E-10
4000Psi
A1
U12
Kgf/mm2
1/C
1056,068
0,2
9,90E-06
20389,019
7841,93
0,3
1,17E-05
20389,019
7841,93
0,3
1,17E-05
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tabla 3.7 Propiedades del acero.
Material
Fy
Kgf/mm
Fu
2
Kgf/mm
EffFy
2
Kgf/mm
EffFu
2
Kgf/mm2
A36
25,311
40,778
37,966
44,856
A992Fy50
35,153
45,7
38,669
50,269
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tabla 3.8 Conjunto cargas - fuerza.
F1
F2
F3
Kgf
Kgf
Kgf
GLOBAL
0
0
-1200
DEAD
GLOBAL
0
0
-1200
19
DEAD
GLOBAL
0
0
-1200
20
DEAD
GLOBAL
0
0
-1200
Punto
Cargas
Sistema
17
DEAD
18
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
112
Tabla 3.9 Propiedades de la sección.
UPN80
t3
t2
tf
tw
Mm
mm
mm
mm
80
45
8
6
Tipo
Material
Sección
A36
Channel
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tabla 3.10 Propiedades de la sección.
Sección
UPN80
Área
Inercia
Peso
mm2
mm4
Kgf
1102
19970
87,67
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
3.1.18.9.2.
Datos de Salida.
Tabla 3.11 Desplazamientos.
Punto
U1
U2
U3
mm
mm
mm
-0,000028
-0,001887
-0,654341
Combination
-0,00004
-0,002642
-0,916077
Combination
-0,000028
-0,001887
-0,654341
F1
F2
F3
Tipo
Kgf
Kgf
Kgf
Caso
Tipo
19
DEAD
LinStatic
19
DSTL1
19
DSTL2
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tabla 3.12 Reacciones.
Punto
Caso
1
DEAD
LinStatic
0,57
64,04
1221,92
1
DSTL1
Combination
0,8
89,66
1710,69
1
DSTL2
Combination
0,57
64,04
1221,92
3
DEAD
LinStatic
-0,57
64,04
1221,92
3
DSTL1
Combination
-0,8
89,66
1710,69
3
DSTL2
Combination
-0,57
64,04
1221,92
…/
113
Tabla 3.12 Reacciones (Continuación).
F1
F2
F3
Punto
Caso
Tipo
Kgf
Kgf
Kgf
5
DSTL1
Combination
0,8
-89,66
1710,69
5
DSTL2
Combination
0,57
-64,04
1221,92
7
DEAD
LinStatic
-0,57
-64,04
1221,92
7
DSTL1
Combination
-0,8
-89,66
1710,69
7
DSTL2
Combination
-0,57
-64,04
1221,92
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tabla 3.13 Resumen de datos del perfil UPN80.
Perfil
Sección
Tipo
mm
ErrMsg
WarnMsg
1
UPN80
2
Advertencia
Radio
Combo
Ubicación
Column
No Messages
0,446279
DSTL1
850
UPN80
Column
No Messages
0,446279
DSTL1
850
3
UPN80
Column
No Messages
0,446279
DSTL1
850
4
UPN80
Column
No Messages
0,446279
DSTL1
850
5
UPN80
Beam
No Messages
0,000959
DSTL1
0
6
UPN80
Beam
No Messages
0,000959
DSTL1
878
7
UPN80
Beam
No Messages
0,257566
DSTL1
1612
9
UPN80
Beam
No Messages
0,257566
DSTL1
1612
10
UPN80
Beam
No Messages
0,000853
DSTL1
0
11
UPN80
Beam
No Messages
0,000869
DSTL1
0
12
UPN80
Beam
No Messages
0,000869
DSTL1
439
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
114
3.2.
SELECCIÓN
DE
ELEMENTOS
NORMALIZADOS
Y
EXISTENTES PARA LA MÁQUINA CLASIFICADORA DE
HUMUS DE LOMBRIZ.
La Normalización es un conjunto de reglas destinadas a especificar, unificar y
simplificar los distintos componentes de un conjunto de elementos.
De ésta forma la elección de componentes es más intuitiva y se sabe que si al
pedir un tornillo u otro elemento normalizado según norma no da lugar a
confusiones.
Las Normas de designación se refieren a la forma de nombrar a los elementos y
concierne
principalmente
a
los
elementos
normalizados
(lengüetas,
tuercas, tornillos, arandelas, pasadores, etc.)
El empleo de las Normas es muy ventajoso, sobre todo porque los elementos
normalizados
no
hacen
falta
dibujarlos
en
los
despieces
que se ahorra tiempo y se evitan investigaciones inútiles.
3.2.1.
LISTADO DE ELEMENTOS NORMALIZADOS.
·
Motor WEG 0.5 hp 1750.
·
Polea en V, de un canal, diámetro 3''.
·
Polea en V, de un canal, diámetro 5''.
·
Banda en V, trapezoidal, A 22x 617 mm.
·
Chumacera SKF SY25FM.
·
Perno de anclaje Modelo TCAP370600, 3/8” X 6”,
·
Pulsador on/off.
·
Perfil de acero estructural UPN 80.
·
Malla grado 2 mm.
·
Malla grado 4 mm.
·
Prisionero M10 X 1,5 (DIN 1030).
con
lo
115
3.3.
CÁLCULO Y DISEÑO PARA LOS ELEMENTOS DE LA
MÁQUINA TRANSPORTADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ.
Para la realización de los cálculos se ha tomado las siguientes consideraciones:
·
Capacidad de la bolsa= 35kg.
·
Número de bolsas= 35 bolsas
·
Cantidad a empacar = 35kg. * 35 bolsas = 1225kg.
·
Cantidad desecho= 275kg.
·
Cantidad total= Cantidad a empacar + Cantidad desecho
Cantidad total= 1225kg. + 275kg. = 1500kg/h
·
Ángulo de elevación de la transportadora = 60º
·
Longitud a transportar = 1.4 m
·
La banda es : Nilón HR , (estilo de la banda FLAT TOP)
·
Ancho de la banda = 0.370 m
·
Dimensiones del cangilón: 370 x 75 x 40 mm;
27
Donde:
Ancho del cangilón = 370 mm
Alto del cangilón = 40 mm
Profundidad del cangilón = 75 mm
Nota:
La cantidad de cangilones puede variar según la velocidad a transportar y el
motorreductor a seleccionar, esto se lo realiza de manera iterativa dependiendo
de la potencia, torque y cantidad empacada en una hora.
27
Manual de Ingeniería de las Bandas Transportadoras, Intralox, pág. 5, 10, 25,215-222
116
3.3.1.
CÁLCULO DEL ÁREA Y VOLUMEN DEL MATERIAL A
TRANSPORTAR.
‫ܣ‬ൌ݄‫ܾכ‬
ܸ ൌ‫ܿכܣ‬
Donde:
A: Área del material [m2].
V: Volumen del material [m3].
h: altura del material [m] = 0,04 [m].
b: base del material [m] = 0,37 [m].
c: profundidad del material [m] = 0,075 [m].
A= 0.04*0.37
A= 0.0148 [m2]
V= 0.0148*0.075
V= 0.00111 [m3]
Los cangilones tienen la capacidad de transportar un 75%
28
del volumen total, es
así que se tiene que el volumen de material real (Vr) a transportar por cangilón es
de:
Vr= 0,75*V
Vr= 0,75*0,00111 [m3]
Vr= 8,325*10-4[m3]
28
HUDSON, Wilbur; Conveyors and Related Equipment; 3ª edición; New York, 1954
117
3.3.2.
CÁLCULO DEL VOLUMEN DE 14 CANGILONES LLENOS.
Después de un proceso iterativo, se determina que se necesitan 14 cangilones.
En dicho proceso iterativo primero se calcula para 7 cangilones, pero como no se
logra satisfacer las necesidades se lo modifica valor a valor hasta llegar a un
número adecuado de cangilones.
Nota: Para realizar las iteraciones se debe primero partir de un número “X” de
cangilones y calcular todos los pasos siguientes, al acabar los cálculos se debe
comprobar la respuesta y si no satisface se debe modificar el valor “X” y empezar
los cálculos nuevamente.
Donde:
ܸଵସ ൌ ͳͶ ‫ܸ כ‬௥
V14 : Volumen de los 14cangilones llenos de Humus [m3].
ܸଵସ ൌ ͲǡͲͳͳ͸͸ሾଷ ሿ
3.3.3.
CÁLCULO DEL NÚMERO DE VUELTAS POR HORA.
En una vuelta completa se tienen 14 cangilones llenos de humus.
௖௔௣Ǥ
ܰι‫ ݏ݁ܿ݁ݒ‬ൌ ௏
೟೚೟Ǥ
ଵ
‫כ‬ఘ
Donde:
N°veces: número de veces que la cinta debe girar por hora.
cap: capacidad de humus requerido en una hora[m3] =1500 [kg/h]
Vtotal: volumen total [m3] = 0,01166[m3]
ρ: densidad del humus [g/cm3] = 0,6036 [g/cm3] = 603,6 [kg/m3]30
29
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
Anexo H: Propiedades del humus de lombriz: https://www.eseia.cl
30
[Ec. 3.81]29
118
Se procede a calcular el número de vueltas por hora:
ܰ͑‫ ݏ݁ܿ݁ݒ‬ൌ
ͳͷͲͲ݇݃Ȁ݄
ͳ
‫כ‬
ଷ
ͲǡͲͳͳ͸͸݉
͸Ͳ͵ǡ͸݇݃Ȁ݉ଷ
ܰ͑‫ ݏ݁ܿ݁ݒ‬ൌ ʹͳ͵‫ݏܽݐ݈݁ݑݒ‬Ȁ݄‫ܽݎ݋‬
3.3.4.
CÁLCULO DE LA VELOCIDAD NECESARIA.
Para el cálculo de la velocidad necesaria, se debe tener el dato de la capacidad
volumétrica de nuestra cinta transportadora. Dato que por lo demás siempre es
conocido ya que es la cantidad de material a descargar por hora.
ܸ ൌ ܰι‫ܮ כ ݏ݁ܿ݁ݒ‬
[Ec. 3.82]31
Donde:
V: velocidad [m/h]
N°veces: número de veces que la cinta debe girar por hora = 213 veces/hora.
L: largo de la cinta [m] = 1.4[m]
݉
ܸ ൌ ʹͻͺǡʹ ቂ ቃ
݄
Para efectos de cálculo la velocidad debe estar en unidades de m/s, por lo tanto
se realiza la conversión necesaria.
݉
ܸ ൌ ͲǡͲͺ͵ ቂ ቃ
‫ݏ‬
31
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
119
3.3.5.
CÁLCULO DEL PESO A TRANSPORTAR.
El cálculo del peso a transportar permite obtener la capacidad que la cinta
realmente debe transportar.
ܲ‫ ݏ݊ܽݎݐ‬ൌ ஼
[Ec. 3.83]32
௓భ
Donde:
Ptrans.: peso a transportar [kg/h]
C: capacidad a cargar por hora [kg/h] = 1500 [Kg/h]
Z1: coeficiente corrección de inclinación.
Para el coeficiente Z1, es posible obtener su valor mediante el conocimiento del
ángulo, es decir, el valor angular de inclinación de la banda transportadora.
Z1 = seno (ߙ)
Donde:
ߙ : ángulo de inclinación de la banda transportadora = 60º
Z1 = 0,866
Se procede a calcular el peso a transportar:
ܲ‫ ݏ݊ܽݎݐ‬ൌ ͳ͹͵ʹǡͳ ൤
32
݇݃
൨
݄
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
120
3.3.6.
CÁLCULO DE LA POTENCIA EN EL EJE MOTRIZ.
஼ర ‫כ‬௙‫כ‬௅‫כ‬ሾଷǡ଺‫כ‬ሺ௄భ ା௄మ ା௄య ሻ‫כ‬௏ା௄ర ሿ
ଷ଺଻
ܲ௧ ൌ
൅
௄ర ‫כ‬௛
ଷ଺଻
[Ec. 3.83]33
Donde:
Pt: potencia del eje motriz [Kw]
C4: factor en función del largo de cinta. = 1
34
35
f: factor de rozamiento = 0,28
L: largo de la cinta [m] = 1,4[m]
K1: peso de la banda [Kg/m]
K2: peso de los ejes de carga [Kg/m]
K3: peso de los ejes de retorno [Kg/m]
K4: peso a transportar [Ton/h]
V : velocidad [m/s] = 0,083 [m/s]
h: altura a transportar el material [m] = 1,86 [m]
Cálculo del factor K1:
K1 = (A*L*C1) / L= (A*C1)
[Ec. 3.84]
Donde:
A = ancho de la banda [m] = 0.37 m
C1 = peso de la banda por metro cuadrado [kg./m2] = 6.8 [kg./m2]36
K1 = (A*C1) = (0.37*6.8) = 2,52 [Kg/m]
Cálculo del factor K2:
33
‫ܭ‬ଶ ൌ
ߩ‫݈כ ʹܦכߨכ‬
Ͷ‫ܮכ‬
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
Revista Tecnológica. Vol.16, No.1, Junio 2003
35
Manual de Ingeniería de las Bandas Transportadoras, Intralox, pág. 31
36
Manual de Ingeniería de las Bandas Transportadoras, Intralox, pág. 25
34
[Ec. 3.85]
121
Donde:
ߩ = densidad del material (acero) = 7850 [Kg/m3]
D= 2R = diámetro del eje [m] = 0,060 [m]
l = largo del eje [m] = 0,54[m]
L = largo de la banda (m) = 1,4 m
݇݃
቉
݉
‫ܭ‬ଶ ൌ ͺǡͷ͸ ቈ
Cálculo del factor K3:
‫ܭ‬ଷ ൌ ʹ ‫ܭ כ‬ଶ 37
[Ec. 3.86]
݇݃
቉
݉
‫ܭ‬ଷ ൌ ͳ͹ǡͳʹ ቈ
Cálculo del factor K4:
‫ܭ‬ସ ൌ
௉೟ೝೌ೙ೞ
ଵ଴଴଴
[Ec. 3.87]38
Donde:
Ptrans: peso a transportar [kg/h] = 1732,1[kg/h]
‫ܭ‬ସ ൌ ͳǡ͹͵ʹ
ܶ‫݊݋‬
݄
Se procede a calcular la potencia en el eje motriz:
37
ܲ‫ ݐ‬ൌ ͲǡͲʹ
Se estableció esta relación ya que los ejes poseen las mismas propiedades, característica y geometría; se
utilizarán dos ejes que permiten el movimiento y retorno de la banda.
38
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
122
Transformando la potencia a hp se tiene:
ܲ‫ ݐ‬ൌ ͲǡͲʹ͸Š’
3.3.7.
CÁLCULO DE LA POTENCIA MOTRIZ NECESARIA.
௉
ܲ௠ ൌ ఎ೟
[Ec. 3.88]39
Donde:
Pm: potencia motriz necesaria [kW]
Pt: potencia eje motriz [kW] = 0,02 [kW]
ߟ: rendimiento (89% = 0,89).40
Se procede a calcular la potencia motriz necesaria:
ܲ݉ ൌ ͲǡͲʹʹܹ݇
Transformando la potencia motriz a hp se tiene:
ܲ݉ ൌ ͲǡͲ͵Š’
Con el cálculo de la potencia motriz necesaria se puede realizar la selección del
motorreductor mediante catálogo; aunque se recomienda calcular la potencia
efectiva, ya que éste valor es un mejor indicador de la potencia real necesaria que
debe entregar el motorreductor.
39
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
HUDSON, Wilbur; Conveyors and Related Equipment; 3ª edición; New York, 1954
40
123
3.3.8.
CÁLCULO DE LA POTENCIA EFECTIVA.
El cálculo realizado anteriormente, (potencia motriz necesaria), permite realizar la
selección del motor que se va a utilizar, este motor nos entrega una potencia
diferente a la obtenida por cálculo (generalmente mayor), por esto se debe
calcular la potencia efectiva de este motor dada por la siguiente fórmula.
ܲ௘௙௘௖௧௜௩௔ ൌ ܲ௠ ‫ߟ כ‬
[Ec. 3.89]41
Donde:
Pefectiva : potencia efectiva [kW]
Pm: potencia motriz necesaria [kW] = 0,03 [hp] = 0,022 [kW]42
ߟ: rendimiento (80.1% = 0.801). 43
Se procede a calcular la potencia efectiva:
݂ܲ݁݁ܿ‫ ܽݒ݅ݐ‬ൌ ͲǡͲͳ͹͸ሾܹ݇ሿ
Transformando la potencia efectiva a hp se tiene:
݂ܲ݁݁ܿ݅‫ ܽݒ‬ൌ ͲǡͲʹͶሾŠ’ሿ
La potencia motriz efectiva mínima es de 0,024 [hp], por lo que se puede escoger
un motorreductor de mayor potencia, con lo cual queda sobredimensionado,
permitiendo que la cantidad de humus por hora sea mayor a la requerida. Por lo
tanto se va a elegir un motorreductor de 0,5 hp (VER ANEXO I).
Recalculando la potencia efectiva con el valor de la potencia entregada por el
motorreductor (Pm = 0,5 [hp] = 0,37285 [kW]) se tiene:
41
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
Catálogo de motorreductores (ver Anexo I)
43
HUDSON, Wilbur; Conveyors and Related Equipment; 3ª edición; New York, 1954
42
124
݂ܲ݁݁ܿ‫ ܽݒ݅ݐ‬ൌ Ͳǡ͵ሾܹ݇ሿ
Transformando la potencia efectiva a hp se tiene:
݂ܲ݁݁ܿ‫ ܽݒ݅ݐ‬ൌ ͲǡͶሾŠ’ሿ
3.3.9.
CÁLCULO DE LA FUERZA PERIFÉRICA EN EL EJE.
Para calcular la fuerza periférica en el eje motriz se emplea la siguiente fórmula:
‫ܨ‬௣௧ ൌ
௉೐೑೐೎೟೔ೡೌ ‫כ‬ଵ଴଴଴
௏
[Ec. 3.90]44
Donde:
Fpt: fuerza periférica en el eje [N]
Pefectiva: potencia efectiva entregada por el motorreductor [kW] = 0,3 [kW]
V: velocidad [m/s] = 0,083 [m/s]
Se procede a calcular la fuerza periférica en el eje:
‫ ݐ݌ܨ‬ൌ ͵͸ͳͶǡͶ͸ሾܰሿ
44
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
125
3.3.10. CÁLCULO DE LA TENSIÓN MÁXIMA EN LA BANDA
TRANSPORTADORA.
Para calcular la tensión máxima en la banda se emplea la siguiente fórmula:
‫ܨ‬ଵ ൌ ‫ͳܥ כ ݐ݌ܨ‬
Donde:
[Ec. 3.91]45
F1: tensión máxima en la banda [N]
Fpt: fuerza periférica en el tambor [N] = 168,7[N]
C1: factor en función del ángulo de abrazamiento y tipo de eje = 0,2
46
Se procede a calcular la tensión máxima en la banda:
‫ ͳܨ‬ൌ ͹ʹʹǡͺͻሾܰሿ
Se procede a verificar si la banda seleccionada posee la resistencia suficiente
para soportar el trabajo a realizar. Es así que se tiene la siguiente fórmula:
‫ܥ‬ଶ ൌ
ிభ
[Ec. 3.92]47
஺
Donde:
C2: resistencia de la banda [kg/m]
F1: tensión máxima en la banda [N] = 722,89[N]
A: ancho de la banda [m] = 0,370 [m]
Se procede a calcular la resistencia que debe tener la banda:
‫ܥ‬ଶ ൌ ͳͻͻǡʹ ൤
45
݇݃
൨
݉
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
Revista Tecnológica. Vol.16, No.1, Junio 2003
47
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
46
126
Para éste cálculo debe cumplirse que:
ிభ
஺
൑ ‫ܥ‬ଶ ௧௔௕௟௔
[Ec. 3.93]48
El valor de C2 calculado se compara con el valor de tabla de C2 = 1790 kg/m49
‫ܥ‬ଶ௖௔௟௖௨௟௔ௗ௢ ൏ ‫ܥ‬ଶ௧௔௕௟௔
ͳͻͻǡʹ ൤
݇݃
݇݃
൨ ൏ ͳ͹ͻͲ ൤ ൨
݉
݉
Por lo tanto la banda resiste, ya que su valor es 9 veces mayor que el calculado.
3.3.11. CÁLCULO DEL TORQUE EN EL EJE MOTRIZ.
Para calcular el torque en el eje motriz se emplea la siguiente fórmula:
ܶൌ
ଶଶହ଴଴଴‫כ‬ு
௡‫כ‬గ
Donde:
T: torque en el eje del tambor motriz [Kg*cm]
H: potencia efectiva elegida [cv] = 0,4[hp] = 0,41[cv]
n: revoluciones por minuto de salida [r.p.m.] = 20,1 [r.p.m.]
ܶ ൌ ͳͶ͸ͳሾ‫݉ܿ כ ݃ܭ‬ሿ
Transformando el valor del torque a unidades inglesas se tiene:
ܶ ൌ ͳʹ͸ͺሾ݈ܾ ‫݊݅ כ‬ሿ
48
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
Manual de Ingeniería de las Bandas Transportadoras, Intralox, pág. 25
50
Manual de Cintas, Principios y Generalidades de Bandas Transportadoras.
49
[Ec. 3.94]50
127
El torque entregado por el motorreductor seleccionado es de T= 1590 [lb*in], por
lo tanto satisface el requerimiento, ya que es mayor que el valor del torque
calculado.
3.3.12. CÁLCULO PARA LA SELECCIÓN DE POLEAS, BANDAS,
CATALINAS Y CADENAS PARA LA TRANSMISIÓN DE LA
UNIDAD TRANSPORTADORA DE HUMUS.
CONSIDERACIONES
·
Potencia entregada por el motorreductor = 0,5 [hp]
·
Revoluciones por minuto = n = 20,1 [r.p.m.]
·
Relación de transmisión = 1:1
3.3.12.1. Cálculos para la Banda y Poleas del Motor – Eje Motriz.
3.3.12.1.1. Selección del tipo de Banda a utilizar para la Transmisión de la Potencia.
Se selecciona un perfil de banda tipo B. Esta selección se la ha realizado por
medio del cuadro de perfiles de bandas (VER ANEXO B), en el cual influye para la
selección: las revoluciones por minuto (r.p.m.) y la potencia máxima a transmitirse
[hp].
PERFIL DE BANDA: TIPO B
3.3.12.1.2. Selección de las Poleas.
Una vez ya seleccionado el tipo de banda, se procede a escoger del catálogo de
poleas la más adecuada, teniendo en consideración para ésta selección el tipo de
banda, diámetro primitivo y número de canales que se requiera.
De ésta manera se elige poleas tipo SPB y dentro del rango que presenta este
tipo de poleas se escoge la de diámetro primitivo de 112 mm (VER ANEXO C).
128
·
Tipo de polea: SPB.
·
Diámetro primitivo: 112[mm].
·
Cantidad: 2 poleas de 1 canal.
·
Diámetro máximo del agujero: 32 [mm].
·
Diámetro mínimo del agujero: 12 [mm].
·
Ancho de la polea: 35 [mm].
3.3.12.1.3. Cálculo de la Longitud de Paso.
Ya seleccionado el tipo de banda, se procede a calcular la longitud de paso con la
finalidad de escoger dentro del tipo de perfil de las bandas en B la más adecuada
para la transmisión de la potencia.
‫ ݌ܮ‬ൌ ʹ‫ ܥ‬൅ ͳǤͷ͹ሺ‫ ܦ‬൅ ݀ሻ ൅ ሺ஽ିௗሻమ
ସ஼
[Ec. 3.95]
Donde:
Lp: Longitud de paso de la banda [mm]
C: Distancia entre centros [mm] = 500[mm].
D: Diámetro de la polea mayor [mm]= 112 [mm].
d: Diámetro de la polea menor [mm]= 112 [mm].
Nota:
La relación de transmisión es de 1:1, el diámetro de la polea mayor (D) es igual al
diámetro de la polea menor (d).
‫ ݌ܮ‬ൌ ʹ‫ ܥ‬൅ ͳǡͷ͹ሺ‫ ܦ‬൅ ݀ሻ
‫ ݌ܮ‬ൌ ͳ͵ͷͳǡ͹݉݉
Con éste valor se procede a buscar dentro de la amplia gama de las bandas tipo
B aquella que esté cerca del valor calculado. Es así que se escoge una banda:
B50.
129
3.3.12.1.4. Determinación del ángulo de contacto de la banda (θs).
Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley:
ࡰିࢊ
ࣂ࢙ ൌ ૛ࢉ࢕࢙ି૚ ቀ
૛࡯
ቁ
[Ec. 3.96]
Donde:
θs: ángulo de contacto de la banda [°].
D: diámetro de la polea mayor [mm] = 112 [mm].
d: diámetro de la polea menor [mm] = 112 [mm] .
C: distancia entre los centros de las poleas [mm] = 500[mm].
ͳͳʹ െ ͳͳʹ
ߠ௦ ൌ ʹܿ‫ି ݏ݋‬ଵ ൬
൰
ʹ ‫ כ‬ͷͲͲ
ߠ௦ ൌ ͳͺͲι
3.3.12.1.5. Cálculo de la Potencia Nominal.
Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley:
஼
ଵ
‫ܪ‬௥ ൌ ቂ‫ܥ‬ଵ െ ௗమ െ ‫ܥ‬ଷ ሺ‫݀ כ ݎ‬ሻଶ െ ‫ܥ‬ସ Ž‘‰ሺ‫݀ כ ݎ‬ሻቃ ሺ‫݀ כ ݎ‬ሻ ൅ ‫ܥ‬ଶ ‫ ݎ‬ቀͳ െ ௄ ቁ
ಲ
[Ec. 3.97]51
Donde:
Hr: Potencia Nominal [hp]
r: número de r.p.m. del eje de alta velocidad, dividido entre 1000
KA: factor de relación de velocidades.
52
C1, C2, C3 y C4: Constantes que dependen de la sección transversal
banda.53
d: diámetro de paso de la polea menor [mm] = 112 [mm]
n: número de revoluciones por minuto [r.p.m.] = 20,1 [r.p.m.]
51
SHIGLEY, Joseph;Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809
SHIGLEY, Joseph;Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 810; tabla 17-6
53
SHIGLEY, Joseph;Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809; tabla 17-5
52
de la
130
Calculando r se tiene que:
‫ݎ‬ൌ
௡
ଵ଴଴଴
[Ec. 3.98]54
‫ ݎ‬ൌ ͲǡͲʹͲͳሾ‫ݎ‬Ǥ ‫݌‬Ǥ ݉Ǥ ሿ
Cálculo para hallar KA:
‫ʹͳͳ ܦ‬
ൌ
ൌͳ
݀ ͳͳʹ
Con ésta relación de diámetros de poleas se puede establecer el valor de KA por
medio de la tabla 17-6 del libro de Shigley.
Entonces:
KA = 1
Cálculo para hallar C1, C2, C3 y C4:
Del libro de Shigley, tabla 17-5 se obtienen los siguientes datos:
C1 = 1.506
C2 = 3.520
C3 = 4,193 * (10)-4
C4 = 0,2931
Se procede a calcular la potencia nominal (Hr):
‫ ݎܪ‬ൌ ͵ǡͲͺሾ݄‫݌‬ሿ
54
SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809.
131
3.3.12.1.6. Cálculo de la Potencia Corregida.
Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley:
‫ܪ‬Ԣ௥ ൌ ݇ଵ ݇ଶ ‫ܪ‬௥
[Ec. 3.99]55
Donde:
H´r: potencia corregida
K1: factor de corrección según el ángulo de contacto = 1
56
K2: factor de corrección por longitud = 0,99034 (interpolando)57
Hr: Potencia Nominal [hp]
‫ܪ‬௥Ʋ ൌ ͵ǡͲͷ݄‫݌‬Ȁܾܽ݊݀ܽ
3.3.12.1.7. Cálculo de la Potencia De Diseño.
Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley:
‫ܪ‬஽௜௦௘Ó௢ ൌ ܲ௠௢௧௢௥௥௘ௗ௨௖௧௢௥ ‫݂ כ‬௦
[Ec. 3.100]58
Donde:
Hdiseño: potencia de diseño [hp]
Pmotorreductor: potencia entregada por el motorreductor [hp] = 0,5 [hp]
fs: factor de servicio = 1,3 59
Calculando se obtiene:
55
‫ܪ‬஽௜௦௘Ó௢ ൌ ͲǤ͸ͷሾ݄‫݌‬ሿ
SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 810; Figura 17-4
SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 810; Figura 17-4
SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 812; tabla 17-8
58
SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809
59
Valor obtenido del catálogo de bandas (VER ANEXO A)
56
57
132
3.3.12.1.8.
Cálculo del número de Bandas.
Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley:
ܰι஻௔௡ௗ௔௦ ൌ
ுವ೔ೞ೐Ó೚
ுᇱೝ
[Ec. 3.101]60
Donde:
NºBandas: Cantidad de bandas para transmitir la potencia.
Hdiseño : Potencia de diseño [hp] =0,65 [hp]
H’r: Potencia corregida [hp] = 3,05[hp/banda]
ܰ͑‫ ݏܽ݀݊ܽܤ‬ൌ Ͳǡʹͳܾܽ݊݀ܽ‫ݏ‬
Por lo tanto se necesita 1 banda (VER ANEXO B).
Se escoge una banda B50, cuya longitud de paso (o efectiva) es:
Lp = 1341,12[mm].
3.3.12.2. Cálculos y Diseño para el sistema de transmisión del Eje Motriz – Eje
Conductor – Eje Retorno.
Para la transmisión de torque de la máquina motriz a la máquina conducida, se
elije utilizar el sistema de transmisión mediante cadenas de rodillos.
Dependiendo de la potencia, posición de los ejes, relación de transmisión,
sincronía y distancia entre ejes, la selección de la cadena y catalina puede variar.
En las figuras 3.41, 3.42, 3.43 se detallan los elementos de una cadena de
rodillos.
60
SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809
133
Figura 3.41 Cadena de rodillos y sus componentes principales (Fuente: Cadenas de
rodillos. Tendencias de desarrollo y dimensionales según normas ISO 606).
Figura 3.42 Cadena de rodillos simple DIN 8187(Norma Europea)
(Fuente:www.cadenasmoblat.com).
Figura 3.43 Sección de una cadena de rodillos simple DIN 8187(Norma Europea)
(Fuente:www.cadenasmoblat.com).
En la figura 3.44 se muestra una rueda dentada para cadena que impulsa una
transmisión de cadena en sentido contrario al del reloj. Designando el paso de la
cadena por ‫݌‬, el ángulo de paso por ߛ y el diámetro de paso de la rueda (piñón)
por ‫ܦ‬.
134
Figura 3.44Conexión entre una cadena y una rueda dentada (Fuente: SHIGLEY, J.; Manual
de Diseño Mecánico, 4 edición, pág. 817).
CONSIDERACIONES:
·
Para una operación suave a velocidades moderadas y altas se considera
buena práctica que la rueda motriz tenga por lo menos 17 dientes; desde
luego, 19 o 21 dan una mejor vida útil con menos ruido en la cadena. En el
caso de velocidades bajas se puede utilizar menor número de dientes pero
se sacrifica la duración o esperanza de vida de la cadena.
·
Las ruedas de cadena impulsadas no se hacen en tamaños estándar con
más de 120 dientes.
·
Las transmisiones más eficaces tienen relaciones de velocidad hasta de
6:1.
·
La cadena tiene que operar en condiciones de polvo.
135
3.3.12.2.1.1. Cálculo de la Relación de Transmisión.
Se establece la relación de transmisión dividiendo las r.p.m. del eje motriz por las
r.p.m. del eje accionado.
݅ൌ
௡భ
௡మ
[Ec. 3.102]
Donde:
i: relación de transmisión.
n1: velocidad del eje motriz [r.pm.] = 20,1[r.p.m.]
n2: velocidad del eje motriz [r.pm.] = 20,1[r.p.m.]
݅ൌͳ
3.3.12.2.1.2. Cálculo de la potencia de Diseño.
Según el Manual de Diseño Mecánico de Shigley:
‫ܪ‬஽௜௦௘Ó௢ ൌ ܲ௠௢௧௢௥௥௘ௗ௨௖௧௢௥ ‫݂ כ‬௦
Donde:
Hdiseño: potencia de diseño [hp]
Pmotorreductor: potencia entregada por el motorreductor [hp] = 0,5 [hp]
fs: factor de servicio = 1,3 62
Calculando se obtiene:
‫ܪ‬஽௜௦௘Ó௢ ൌ Ͳǡ͸ͷሾ݄‫݌‬ሿ
61
‫ܪ‬஽௜௦௘Ó௢ ൌ ͲǡͶͺͷሾܹ݇ሿ
SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición;Mc Graw Hill; 1989; pág. 809
Valor obtenido del catálogo de bandas (VER ANEXO A)
62
[Ec. 3.103]61
136
3.3.12.2.1.3. Selección del tipo de Cadena de Rodillos a utilizar.
El tipo de cadena y la cantidad de dientes necesarios en la catalina para transmitir
la potencia de diseño debe ser determinado a partir de tablas o gráficas
elaboradas en base a las rpm y a la potencia de diseño.
Dichas tablas y gráficas son elaboradas por casas comerciales, fundamentándose
en Normas para la creación de las mismas, por lo cual el cálculo es estándar a
nivel mundial y no puede variar entre los diversos fabricantes.
Los presentes cálculos se realizan con catálogo de la empresa JORESA, cuyo
distribuidor en Ecuador es la empresa HIVIMAR (VER ANEXO J).
CONSIDERACIONES:
Hdiseño: potencia de diseño [hp] = 0,65 [hp] = 0,4847 [kW]
n1: velocidad del eje motriz [r.pm.] = 20,1[r.p.m.]
Z1: número de dientes de la rueda (catalina) = 19 dientes.
Tabla 3.14 Rango de valores de paso y carga límite para cadena de rodillos
Aplicación
Motocicletas y
bicicletas
Máquinas
agrícolas
Máquinas para la
industria del
petróleo
Maquinaria
general
Rango del paso
(mm)
Rango de carga
límite de la
cadena (N)
12,700…..15,875 7500 ….. 20000
15,875…..41,300
2000 …..
160000
19,050…..63,500
38000 …..
430000
8,000…..50,800
2000 …..
160000
Fuente: Tendencias de desarrollo y dimensionales según Norma ISO 606.
Elaboración: Propia.
137
Utilizando el gráfico de Potencia [kW] vs. Velocidad de la rueda [r.p.m.], (ANEXO
J), se tiene como alternativas de cadena las siguientes opciones:
·
Cadena 62 – 12B simple: 62 – 12B1.
·
Cadena 52 – 10B doble: 52 – 10B2.
·
Cadena 52 – 10B triple: 52 – 10B3.
Como la potencia a transmitir no es grande se elige como primera opción la
cadena 62–12B simple: 62–12B1; para ésta cadena se tiene las siguientes
características:
Cadena 62–12B simple: 62–12B1 (VER ANEXO J):
·
Paso: p = 19,05 [mm] = 3/4 [pulg].
·
Ancho: A = 11,68 [mm].
·
Carga de rotura = 3200 [daN].
·
Superficie de articulación = 0,90 [cm2].
Se busca con los datos conocidos los factores de corrección de la potencia, este
cálculo se lo realiza para verificar que la cadena elegida es la adecuada.
ܹ௖ ൌ ‫ܪ‬஽௜௦௘Ó௢ ‫݂ܥ כ‬ଵ ‫݂ܥ כ‬ଶ ‫݂ܥ כ‬ଷ
Ec. 3.104]63
Donde:
Wc: potencia corregida [kW].
Hdiseño: potencia de diseño [kW] = 0,485 [kW].
Cf1: coeficiente de corrección por factor de trabajo.
Cf2: coeficiente de corrección por el número de dientes (Z1) de la catalina.
Cf3: coeficiente de corrección por la relación de transmisión y distancia entre
centros.
63
Catálogo de Cadena de Rodillos (ANEXO J)
138
Para una cadena 62–12B1 se tiene los siguientes coeficientes de corrección de
potencia:
Coeficiente f1 = 1
[ANEXO J]
Coeficiente f2 = 0,9 (para Z = 19 dientes).
[ANEXO J]
C: distancia entre centros [en pasos]
‫ܥ‬ൌ
ͳͶͲͲሾ݉݉ሿ
ൌ ͹͵ǡͷሾ‫ݏ݋ݏܽ݌‬ሿ
ͳͻǡͲͷሾ݉݉ሿ
Coeficiente f3 = 1,026 (interpolando)
[ANEXO J]
Entonces la potencia corregida (Wc) es la siguiente:
ܹ௖ ൌ ͲǡͶͶͺሾܹ݇ሿ
Se revisa nuevamente el gráfico del anexo J y se comprueba que la cadena 62–
12B1 permita transmitir la potencia corregida.
Efectivamente, con ésta nueva potencia y a 20,1 r.p.m. la cadena a elegir cae
dentro del rango de la 62–12B1. Por lo tanto la elección de dicha cadena es la
adecuada.
Se procede a calcular la velocidad lineal de la cadena:
Donde:
ܸൌ
௉௭భ ௡భ
ଵ଴଴଴
V: velocidad lineal de la cadena [m/min].
p : paso = 19,05 [mm].
n1: velocidad del eje motriz [r.pm.] = 20,1[r.p.m.]
Z1: número de dientes de la rueda conductora (catalina) = 19 dientes.
64
Catálogo de Cadena de Rodillos (ANEXO J)
[Ec. 3.105]64
139
Entonces:
ܸ ൌ ͹ǡʹͺ ቂ
݉
ቃ
݉݅݊
Se procede a calcular la tensión ramal conductor:
ܶൌ
଺ଵଶ଴‫כ‬ுವ೔ೞ೐Ó೚
௏
[Ec. 3.106]65
Donde:
T: tensión de la cadena [kg].
Hdiseño: potencia de diseño [kW] = 0,485 [kW].
V: velocidad lineal de la cadena [m/min] = 7,28 [m/min].
Entonces:
ܶ ൌ ͶͲ͹ǡ͹ሾ݇݃ሿ
Se procede a calcular el coeficiente de seguridad:
‫ܭ‬ൌ
௖௔௥௚௔ௗ௘௥௢௧௨௥௔௧௘×௥௜௖௔ௗ௘௟௔௖௔ௗ௘௡௔
௖௔௥௚௔ௗ௘௥௢௧௨௥௔௖௔௟௖௨௟௔ௗ௔ௗ௘௟௔௖௔ௗ௘௡௔
[Ec. 3.107]66
Donde:
K: coeficiente de seguridad.
Carga de rotura teórica de la cadena = 3200 [kg]67.
Carga de rotura calculada de la cadena (tensión de la cadena) = 407,7 [kg].
Entonces:
‫ ܭ‬ൌ ͹ǡͺͷ
65,66, 67
Catálogo de Cadena de Rodillos (ANEXO J)
140
Se procede a calcular la presión en las articulaciones:
‫ݐ‬ൌ
Donde:
்
[Ec. 3.108]68
௦
t: presión en las articulaciones [kg/cm2].
T: tensión de la cadena [kg] = 407,7 [kg].
S: superficie de la articulación [cm2] = 0,90 [cm2].
Entonces:
‫ ݐ‬ൌ Ͷͷ͵ ൤
݇݃
൨
ܿ݉ଶ
Se procede a calcular la longitud de la cadena:
‫ ܮ‬ൌ ʹ‫ ܥ‬൅
௭భ ା௭మ
ଶ
൅
ሺ௭భ ି௭మ ሻమ
ସగ మ ஼
[Ec. 3.109]69
Donde:
L: longitud de la cadena [pasos] ó [mm].
C: distancia entre centros [pasos] = 1400 [mm] = 73,5 [pasos].
Z1: número de dientes de la rueda (catalina) conductora = 19 dientes.
Z2: número de dientes de la rueda (catalina) conducida = 19 dientes.
Entonces:
‫ ܮ‬ൌ ͳ͸͸ሾ‫ݏ݋ݏܽ݌‬ሿ ൌ ͵ͳ͸ʹǡ͵ሾ݉݉ሿ
Con los datos de la cadena 62–12B1 se procede a ubicar una catalina que
satisfaga dichos requerimientos (VER ANEXO K).
68, 69
Catálogo de Cadena de Rodillos (ANEXO J)
141
Se elige la catalina con las siguientes características:
·
Paso: p = 19,05 [mm] = 3/4 [pulg].
·
Número de dientes: 19 dientes
·
Diámetro primitivo: Dp = 115,80 [mm].
·
Diámetro exterior: De = 125,60 [mm].
·
Diámetro máximo del eje: Dmáx. = 56 [mm].
·
Diámetro mínimo del eje: Dmin. = 16 [mm].
3.3.12.3. Cálculo del Eje Motriz de la Unidad Transportadora de Humus.
El cálculo se lo realiza para un diseño estático, debido a que las revoluciones son
bajas (n=20.1 [r.p.m.]) y el eje posee un diámetro de 60 [mm].
El eje va a estar sometido a flexión y torsión.
Como el eje motriz va a ser mayormente afectado por las fuerzas, y la
configuración de los ejes tanto motriz, conductor y de retorno es la misma, se
concluye que al calcular dicho eje los otros dos quedad calculados con un factor
de seguridad mayor que el que tiene el eje motriz.
Datos:
·
Volumen cangilón vacío = 1,267x10-4 m3
·
Volumen real de humus transportado por un cangilón = 8,325x10-4 m3
·
Densidad del humus [g/cm3] : ρ = 0,6036 [g/cm3] = 603,6 [kg/m3]
·
Densidad del material de los cangilones: ߩ(aluminio) = 2770 [Kg/m3]
Entonces:
Donde:
m: masa [kg].
ρ: densidad [kg/m3].
V: volumen [m3].
݉ ൌ ߩ‫ܸכ‬
[Ec. 3.110]
142
·
Masa de un cangilón vacío:
݉௖௔௡௚Ǥ௩௔௖À௢ ൌ Ͳǡ͵ͷͳሾ݇݃ሿ
·
Masa de un cangilón con humus:
݉௖௔௡௚Ǥା௛௨௠௨௦ ൌ ݉௖௔௡௚Ǥ௩௔௖À௢ ൅ ݉௛௨௠௨௦௔௧௥௔௡௦௣௢௥௧௔௥௣௢௥௖௔௡௚௜௟×௡
݉௛௨௠௨௦௔௧௥௔௡௦௣௢௥௧௔௥௣௢௥௖௔௡௚௜௟×௡ ൌ ͲǡͷͲʹሾ݇݃ሿ
݉௖௔௡௚Ǥା௛௨௠௨௦ ൌ Ͳǡͺͷ͵ሾ݇݃ሿ
Peso:
P = Peje + Pbanda/3 + P7cangilones llenos/3 + P7cangilones vacíos/3
P = (4,45 + 1,43 + (0,853*7)/3) + (0,351*7)/3)) [kg] * 9,81
P = 85,24[N]ൎ 86[N]
Como éste peso se halla distribuido a lo largo del eje se tiene una fuerza
distribuida de tal forma que se obtiene:
W = P/L
Donde:
W: peso distribuido [kgf/m]
P: peso total [N] = 86[N]
L: longitud del eje sobre la cual se aplica la carga distribuida [m] =0.37 [m]
Entonces:
W = 232,43[N/m]
143
Transformando el peso distribuido (W) a [kgf/m] se tiene:
W = 23,7 [ kgf/m]ൎ 24 [kgf/m]
Momento torsor:
‫ ݐܯ‬ൌ ௉ሾ௛௣ሿ‫଺଻כ‬
ఠ
[Ec. 3.111]
Donde:
Mt: momento torsor [kgf*m]
p: potencia del motorreductor [hp] = 0,5 [hp]
߱: Velocidad angular [rad/seg] = 20,1 [r.p.m.] = 2,104 [rad/seg]
Se calcula el respectivo momento torsor:
‫ ݐܯ‬ൌ ͳͺǡͲ͸ሾ݇݃ ‫݉ כ‬ሿ
Con éste valor del momento torsor se procede a calcular las tensiones.
Donde:
‫ ݐܯ‬ൌ ሺܶଵ െ ܶଶ ሻ ‫ܦ כ‬ଵ
Mt: momento torsor [kgf*m].
ܶଵ : Tensión en la parte superior de la polea del eje motriz [kgf].
ܶଶ : Tensión en la parte inferior de la polea del eje motriz [kgf].
‫ܦ‬ଵ : Diámetro de la polea menor [m] = 0,112[m].
[Ec. 3.112]
144
Figura 3.45 Diagrama de tensiones actuantes sobre la polea y
catalina del eje motriz.
Cálculos:
ͳͺǡͲ͸ሾ݇݃ ‫݉ כ‬ሿ ൌ ሺܶଵ െ ܶଶ ሻ ‫Ͳ כ‬ǡͳͳʹሾ݉ሿ
ሺܶଵ െ ܶଶ ሻ ൌ ͳ͸ͳǡʹͷሾ݂݇݃ሿ
ܶଵ ൌ ͺܶଶ
ͺܶଶ െ ܶଶ ൌ ͳ͸ͳǡʹͷሾ݂݇݃ሿ
ܶଶ ൌ ʹ͵ǡͲͶሾ݂݇݃ሿ
ܶଵ ൌ ͳͺͶǡ͵ʹሾ݂݇݃ሿ
Para obtener la tensión total (TT) se tiene:
்ܶ ൌ ܶଵ ൅ ܶଶ
Datos:
W = 24 [kgf/m].
Mt = 18,06[kg*m].
TT = 207,36[kgf].
்ܶ ൌ ʹͲ͹ǡ͵͸ሾ݂݇݃ሿ
145
3.3.12.3.1. Diagrama de Cuerpo Libre del Eje Motriz de la Unidad Transportadora de
Humus. (ver figuras 3.46 y 3.47)
Figura 3.46 Diagrama de Cuerpo Libre del eje motriz.
Figura 3.47 Diagrama de las tensiones en la sección transversal del eje, provocadas por la
banda y cadena de transmisión.
146
3.3.12.3.2. Cálculo de las tensiones en los ejes coordenados Y y Z respectivamente
ܶ஻ଵ ൌ ܶ஻ଶ ൌ ʹͲ͹ǡ͵͸ሾ݂݇݃ሿ
ܶ஻ଵ௬ ൌ ܶ஻ଶ௬ ൌ ʹͲ͹ǡ͵͸݂݇݃ ‫݋݊݁ݏ כ‬ሺ͸Ͳሻ ൌ ͳ͹ͻǡͷͺ݂݇݃
ܶ஻ଵ௭ ൌ ܶ஻ଶ௭ ൌ ʹͲ͹ǡ͵͸݂݇݃ ‫݋݊݁ݏ݋ܿ כ‬ሺ͸Ͳሻ ൌ ͳͲ͵ǡ͸ͺ݂݇݃
Sumatoria de fuerzas en el eje coordenado Y.
σ ‫ ݕܨ‬ൌ Ͳ
െܶ஻ଵ௬ ൅ ܶ஻ଶ௬ ൅ ܴ஺௬ െ ܹ ൅ ܴ஻௬ ൌ Ͳ
െͳ͹ͻǡͷͺሾ݂݇݃ሿ ൅ ͳ͹ͻǡͷͺሾ݂݇݃ሿ ൅ ܴ஺௬ െ ͺǡͺͺሾ݂݇݃ሿ ൅ ܴ஻௬ ൌ Ͳ
ܴ஺௬ ൅ ܴ஻௬ ൌ ͺǡͺͺሾ݂݇݃ሿ
Sumatoria de momentos en el eje coordenado Y respecto al punto B.
σ ‫ ܤܯ‬ൌ Ͳ
ሺܶ஻ଵ௬ ‫Ͳ כ‬ǡͶ͹ͺͷሻ െ ൫ܶ஻ଶ௬ ‫Ͳ כ‬ǡͶͷͻͷ൯ െ ൫ܴ஺௬ ‫Ͳ כ‬ǡͶ͵൯ ൅ ሺͺǡͺͺ ‫Ͳ כ‬ǡʹͳͷሻ ൌ Ͳ
ሺͳ͹ͻǡͷͺ ‫Ͳ כ‬ǡͶ͹ͺͷሻ െ ሺͳ͹ͻǡͷͺ ‫Ͳ כ‬ǡͶͷͻͷሻ െ ൫ܴ஺௬ ‫Ͳ כ‬ǡͶ͵൯ ൅ ሺͺǡͺͺ ‫Ͳ כ‬ǡʹͳͷሻ ൌ Ͳ
ܴ஺௬ ൌ ͳʹǡ͵͹ሾ݂݇݃ሿ
ܴ஻௬ ൌ െ͵ǡͶͻሾ݂݇݃ሿ
El signo menos en la reacción ܴ஻௬ indica que el sentido de dicha reacción se
encuentra opuesto al dibujado en la figura 3.46 del diagrama de cuerpo libre del
eje motriz.
147
En las figuras 3.48 y 3.49 se muestran los diagramas de cortante y de momentos
del eje respectivamente.
Figura 3.48 Diagrama Cortante del eje motriz en el plano X-Y.
148
Figura 3.48 Diagrama Cortante del eje motriz en el plano X-Y.
Figura 3.49 Diagrama de Momentos del eje motriz en el plano X-Y.
Sumatoria de fuerzas en el eje coordenado Z.
σ ‫ ݖܨ‬ൌ Ͳ
ܶ஻ଵ௭ െ ܶ஻ଶ௭ െ ܴ஺௭ ൅ ܴ஻௭ ൌ Ͳ
ܴ஺௭ ൌ ܴ஻௭
Sumatoria de momentos en el eje coordenado Z respecto al punto B.
σ ‫ ܤܯ‬ൌ Ͳ
ሺܶ஻ଵ௭ ‫Ͳ כ‬ǡͶ͹ͺͷሻ െ ሺܶ஻ଶ௭ ‫Ͳ כ‬ǡͶͷͻͷሻ െ ሺܴ஺௭ ‫Ͳ כ‬ǡͶ͵ሻ ൌ Ͳ
ሺͳͲ͵ǡ͸ͺ ‫Ͳ כ‬ǡͶ͹ͺͷሻ െ ሺͳͲ͵ǡ͸ͺ ‫Ͳ כ‬ǡͶͷͻͷሻ െ ሺܴ஺௭ ‫Ͳ כ‬ǡͶ͵ሻ ൌ Ͳ
ܴ஺௭ ൌ Ͷǡͷͺሾ݂݇݃ሿ
149
Entonces:
ܴ஻௭ ൌ Ͷǡͷͺሾ݂݇݃ሿ
En las figuras 3.50 y 3.51 se muestran los diagramas de cortante y de momentos
del eje respectivamente.
Figura 3.50 Diagrama Cortante del eje motriz en el plano X-Z.
Figura 3.51 Diagrama de Momentos del eje motriz en el plano X-Z.
150
Cálculo del momento total:
[Ec. 3.113]70
‫ ܶܯ‬ൌ ඥ‫ܯ‬௭ଶ ൅ ‫ܯ‬௬ଶ
‫ ܶܯ‬ൌ ඥͳͻ͸ͻǡͻʹଶ ൅ ͵ͶͳʹǡͲʹଶ
‫ ܶܯ‬ൌ ͵ͻ͵ͻǡͺ͸ሾ݂݇݃ ‫݉݉ כ‬ሿ ൌ ͵ͺ͸ͷͲሾܰ ‫݉݉ כ‬ሿ ൌ ͵ͺǡ͸ͷሾܰ ‫݉ כ‬ሿ
Torque en el eje motriz:
T= 1461 [kgf*cm] = 14610 [kgf*mm] = 143,32 [N*m]
Material:
Eje de acero AISI-1018
Sy = 370 MPa (53700 psi)
Sut = 440 MPa (63800 psi)
Factor de seguridad propuesto: n = 3
Cálculo del diámetro:
݀ ൌቈ
݀ ൌ቎
ଷଶ௡
గ‫כ‬ௌ௬
‫ כ‬ቀ‫ܯ‬ଶ ൅
ଷ் మ
ସ
ଵൗ
ଶ
ቁ
ଵൗ
ଷ
[Ec. 3.114]71
቉
ଶ
ଵൗ
ଶ
͵ʹ ‫͵ כ‬
͵ ‫ͳ כ‬Ͷ͵ǡ͵ʹ
‫ כ‬ቆ͵ͺǡ͸ͷଶ ൅
ቇ
Ͷ
ߨ ‫͵ כ‬͹ͲͲͲͲͲͲͲ
቏
݀ ൌ ͲǡͲʹʹሾ݉ሿ
݀ ൌ ʹʹሾ݉݉ሿ
70
SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 735
SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 730
71
ଵൗ
ଷ
151
El diámetro mínimo que debe tener la sección crítica del eje es de 22 mm. Por lo
tanto se elige un diámetro de 30 mm para la sección crítica.
3.3.12.4. Cálculo y Diseño de la Lengüeta.
Para los cálculos de la lengüeta se ha tomado en cuenta los siguientes aspectos:
Material de la lengüeta: Acero A-37
Resistencia a la fluencia: ߪ௙௟ ൌ ʹ͵ͷͲ ቂ
Diámetro del eje: ‫ ׎‬ൌ ͵Ͳ݉݉
௞௚௙
௖௠మ
ቃ
Torque eje motriz:
ܶ௘௠ ൌ ͳͶ͵ǡ͵ʹሾܰ ‫݉ כ‬ሿ ൌ ͳͶ͸ͳሾ݂݇݃ ‫݉ܿ כ‬ሿ ൌ ͳͶ͸ͳͲሾ݂݇݃ ‫݉݉ כ‬ሿ
Factor de seguridad: ‫ܨ‬௦ ൌ ʹǡͺ
Fuerza de corte:
‫ܨ‬௖ ൌ
‫ܨ‬௖ ൌ
ଶ்೐೘
ʹ ‫ͳ כ‬Ͷ͸ͳͲሾ݂݇݃ ‫݉݉ כ‬ሿ
͵Ͳሾ݉݉ሿ
‫ܨ‬௖ ൌ ͻ͹Ͷሾ݂݇݃ሿ
Esfuerzo de corte admisible:
߬௔ௗ ൌ
߬௔ௗ ൌ
72
[Ec. 3.115]72
‫׎‬
଴ǡହ଻଻‫כ‬ఙ೑೗
Ͳǡͷ͹͹ ‫͵ʹ כ‬ͷͲ ቂ
ʹǡͺ
[Ec. 3.116]73
ிೞ
௞௚௙
௖௠మ
߬௔ௗ ൌ ͶͺͶǡʹ͹ ൤
ቃ
݂݇݃
൨
ܿ݉ଶ
SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 423-424
SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; Cuarta edición ;Mc Graw Hill; 1989; pág. 423-424
73
152
Esfuerzo de corte admisible:
߬௔ௗ ൌ
ி೎
௅‫כ‬௕
[Ec. 3.116]74
Figura 3.52 Diagrama de las fuerzas que actúan sobre una Lengüeta.
De la tabla para la Industria Metalúrgica (prontuario pág. 139) se tiene los
siguientes valores:
Para un diámetro de 30 mm, que se halla en el rango de 22mm a 30mm se tiene:
b=8mm
h=7mm
Se procede a calcular el largo de la lengüeta:
߬௔ௗ ൌ
ͶͺͶǡʹ͹ ൤
74
Catálogo SKF (VER ANEXO F)
‫ܨ‬௖
‫ܾכܮ‬
݂݇݃
ͻ͹Ͷሾ݂݇݃ሿ
൨ൌ
ଶ
ܿ݉
‫Ͳ כ ܮ‬Ǥͺܿ݉
153
‫ ܮ‬ൌ ʹǤͷሾܿ݉ሿ ൌ ʹͷሾ݉݉ሿ
Por lo tanto la longitud de la lengüeta es de 30 mm.
3.3.12.5. Cálculo para la selección de la Chumacera.
3.3.12.5.1. Cálculo de las Cargas Estáticas.
Carga estática equivalente:
ܲ௢ ൌ ܺ௢ ‫ܨ‬௥ ൅ ܻ௢ ‫ܨ‬௔
[Ec. 3.117]75
ܲ௢ ൌ ͲǤ͸‫ܨ‬௥ ൅ ͲǤͷ‫ܨ‬௔
[Ec. 3.118]76
ଶ
ଶ
‫ܨ‬௥ ൌ ටܴ஺௬
൅ ܴ஺௭
[Ec. 3.119]77
Donde:
Po: Carga estática equivalente [N].
Fr: Carga radial real [N].
Xo: Factor radial.
Yo: Factor axial.
Si Po< Fr, se toma Po= Fr
ܴ஺௬ ൌ ͳʹǡ͵͹ሾ݂݇݃ሿ ൌ ͳʹͳǡ͵ͷሾܰሿ
75
Catálogo SKF (VER ANEXO F)
Catálogo SKF (VER ANEXO F)
77, 78
ܴ஺௭ ൌ Ͷǡͷͺሾ݂݇݃ሿ ൌ ͶͶǡͻ͵ሾܰሿ
154
‫ܨ‬௥ ൌ ͳʹͻǡͶሾܰሿ
‫ܨ‬௔ ൌ Ͳሾܰሿ
ܲ௢ ൌ Ͳǡ͸ ‫ͻʹͳ כ‬ǡͶ
ܲ௢ ൌ ͹͹ǡ͸Ͷሾܰሿ
3.3.12.5.2. Capacidad de Carga Estática Necesaria (Co).
La capacidad de carga estática necesaria se calcula a partir de la siguiente
fórmula:
‫ܥ‬௢ ൌ ܵ௢ ܲ௢
[Ec. 3.119]78
Donde:
Co: Capacidad de carga estática [N].
Po: Carga estática equivalente [N].
So: Factor de seguridad estático.
ͳ ൑ ܵ‫ ݋‬൏ ͳǤͷ ՜ ܵ‫ ݋‬ൌ ͳǡ͵79
‫ܥ‬௢ ൌ ͳǡ͵ ‫ כ‬͹͹ǡ͸Ͷሾܰሿ
‫ܥ‬௢ ൌ ͳͲͲǡͻ͵ሾܰሿ ൎ ͳͲͳሾܰሿ
En consecuencia se elige la chumacera con las siguientes características:
79
·
Diámetro del agujero = 30mm.
·
Capacidad de carga estática (Co) = 11200N
·
Masa = 1,40 kg
Catálogo SKF (VER ANEXO F)
155
·
Designación: SY 30 FM
·
Soporte = SY 506 M
·
Rodamiento Y : YET 206
3.3.12.6. Diseño de la Tolva de Carga.
Para empezar el proceso de transporte del humus, éste necesita ser ubicado en
una tolva, la misma que se construye con un ángulo de inclinación de 7°, con las
siguientes dimensiones (ver figura 3.53):
Figura 3.53 Dimensiones de la tolva de carga.
Para seleccionar la plancha de la tolva se considera; que su función es la
recolección y carga de humus de lombriz; por lo que no se emplea acero
inoxidable.
Según el manual de DIPAC se selecciona una plancha PL 1200 x 2440 x 2 mm, la
misma que tiene un peso de 46,74 kg.
156
3.3.12.7. Cálculo y Diseño de la estructura de la máquina transportadora de humus.
El diseño y análisis de la estructura se la realizará con la ayuda del programa SAP
2000. Para lo cual se parte de las siguientes consideraciones:
3.3.12.7.1. Consideraciones.
Las dimensiones son previamente establecidas y libres de modificación, con la
finalidad de evaluar el factor de seguridad que nos proporciona el diseño de la
estructura de la máquina transportadora de humus.
Las cargas que actúan sobre dicha estructura son las que actúan sobre cada
chumacera.
3.3.12.7.2. Diseño de la Estructura. (ver figura 3.54)
Figura 3.54 Diseño de la estructura de la máquina transportadora de humus (SAP2000).
157
3.3.12.7.3. Diagrama de Fuerzas a Soportar. (ver figura 3.55)
Figura 3.55 Representación de las fuerzas que soportará la estructura de la máquina
transportadora de humus (SAP2000).
3.3.12.7.4. Análisis de las Reacciones con SAP2000. (ver figura 3.56)
Figura 3.56 Análisis de las reacciones que soportará la estructura de la máquina
transportadora de humus (SAP2000).
158
3.3.12.7.5. Análisis de la deformación. (ver figura 3.57)
Figura 3.57 Análisis de las deformaciones que soportará la estructura de la máquina
transportadora de humus (SAP2000).
3.3.12.7.6. Análisis del Esfuerzo Axial. (ver figuras 3.58 y 3.59)
Figura 3.58 Análisis del esfuerzo axial de la estructura de la máquina transportadora
de humus (SAP2000).
159
Figura 3.59 Diagrama del esfuerzo axial de la estructura de la máquina transportadora de
humus (SAP2000).
3.3.12.7.7. Análisis de Momentos. (ver figura 3.60)
Figura 3.60 Diagrama de momentos de la estructura de la máquina transportadora de
humus (SAP2000).
160
3.3.12.7.8. Análisis del Factor de Seguridad. (ver figura 3.61)
Figura 3.61 Análisis del factor de seguridad de la estructura de la máquina transportadora
de humus (SAP2000).
161
3.3.12.7.9. Informe Técnico de la Estructura de la Máquina Clasificadora de Humus.
3.3.12.7.9.1. Datos de Entrada.
Tabla 3.15 Definiciones de combinación.
Combinación
Tipo
DSTL1
DSTL2
Designación
Linear Add
Linear Add
Tipo
Yes
Yes
Nombre
Linear Static
Linear Static
DEAD
DEAD
Escala
1,400000
1,000000
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tabla 3.16 Propiedades del material.
Material
Tipo
4000Psi
A36
A992Fy50
Concrete
Steel
Steel
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tabla 3.17 Propiedades mecánicas básicas.
Peso
Material
Masa
E1
G12
Kgf/mm3
Kgf-s2/mm4
Kgf/mm2
2,40E-06
2,45E-10
2534,564
A36
7,85E-06
8,00E-10
A992Fy50
7,85E-06
8,00E-10
4000Psi
A1
Kgf/mm2
U12
1056,068
0,2
9,90E-06
20389,019
7841,93
0,3
1,17E-05
20389,019
7841,93
0,3
1,17E-05
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tabla 3.18 Propiedades del acero.
Fy
Material
Kgf/mm
Fu
2
Kgf/mm
EffFy
2
Kgf/mm
2
EffFu
Kgf/mm2
A36
25,311
40,778
37,966
44,856
A992Fy50
35,153
45,7
38,669
50,269
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
1/C
162
Tabla 3.19 Conjunto cargas - fuerza.
Punto
Cargas
Sistema
F1
F2
F3
Kgf
Kgf
Kgf
22
MUERTA
GLOBAL
0
0
-110
24
MUERTA
GLOBAL
0
0
-110
25
MUERTA
GLOBAL
0
0
-110
26
MUERTA
GLOBAL
0
0
-110
27
MUERTA
GLOBAL
0
0
-110
28
MUERTA
GLOBAL
0
0
-110
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tabla 3.20 Propiedades de la sección (A).
Sección
Material
Tipo
t3
t2
tf
tw
mm
mm
mm
mm
cuadrado 30X2
A36
Box/Tube
30
30
2
2
FSEC1
A992Fy50
I/Wide Flange
304,8
127
9,652
6,35
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Tabla 3.21 Propiedades de la sección (B).
Sección
cuadrado 30X2
Area
mm2
224
Inercia
mm4
43904
Peso
Kgf
24,51
FSEC1
4264,51
96511,77
0
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
3.3.12.7.9.2. Datos de Salida
Tabla 3.22 Desplazamientos.
Punto
20
DEAD
LinStatic
U1
mm
14,148436
20
DSTL1
Combination
19,807811
9,58E-07
-11,900768
20
DSTL2
Combination
14,148436
6,84E-07
-8,500548
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
Caso
Tipo
U2
mm
6,84E-07
U3
mm
-8,500548
163
Tabla 3.23 Reacciones.
F1
F2
F3
Kgf
Kgf
Kgf
LinStatic
-5,64
-8,97E-02
-7,65
DSTL1
Combination
-7,89
-0,13
-10,71
2
DSTL2
Combination
-5,64
-8,97E-02
-7,65
4
DEAD
LinStatic
-5,64
8,97E-02
-7,65
4
DSTL1
Combination
-7,89
0,13
-10,71
4
DSTL2
Combination
-5,64
8,97E-02
-7,65
Punto
Caso
Tipo
2
DEAD
2
5
DEAD
LinStatic
-5,94
-9,28E-02
65,2
5
DSTL2
Combination
-5,94
-9,28E-02
65,2
7
DEAD
LinStatic
-5,94
9,28E-02
65,2
7
DSTL1
Combination
-8,31
0,13
91,28
7
DSTL2
Combination
-5,94
9,28E-02
65,2
11
DEAD
LinStatic
5,77
8,79E-04
151,6
11
DSTL1
Combination
8,08
1,23E-03
212,24
11
DSTL2
Combination
5,77
8,79E-04
151,6
12
DEAD
LinStatic
5,8
-1,14E-03
133,1
12
DSTL1
Combination
8,12
-1,60E-03
186,33
12
DSTL2
Combination
5,8
-1,14E-03
133,1
16
DEAD
LinStatic
5,77
-8,79E-04
151,6
16
DSTL1
Combination
8,08
-1,23E-03
212,24
16
DSTL2
Combination
5,77
-8,79E-04
151,6
17
DEAD
LinStatic
5,8
1,14E-03
133,1
17
DSTL1
Combination
8,12
1,60E-03
186,33
17
DSTL2
Combination
5,8
1,14E-03
133,1
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
164
Tabla 3.23 Resumen de datos del tubo cuadrado 30X2.
Ubicación
Perfil
Sección
Tipo
Advertencia
Radio
Combo
1
cuadrado
30X2
Column
No Messages
0,038089
DSTL1
500
2
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,000618
DSTL1
0
3
cuadrado
30X2
Column
No Messages
0,038089
DSTL1
0
4
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,000589
DSTL1
0
5
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,038962
DSTL1
0
6
cuadrado
30X2
Column
No Messages
0,053272
DSTL1
500
7
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,039092
DSTL1
560
8
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,038962
DSTL1
0
9
cuadrado
30X2
Column
No Messages
0,053272
DSTL1
500
10
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,039092
DSTL1
560
11
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,000649
DSTL1
0
12
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,000589
DSTL1
460
13
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,79483
DSTL1
201
16
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,79483
DSTL1
201
17
cuadrado
30X2
Column
Overstressed
and See
WarnMsg
0,959404
DSTL1
0
18
cuadrado
30X2
Brace
No Messages
0,856297
DSTL1
959,56
19
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,0004
DSTL1
460
20
cuadrado
30X2
Beam
No Messages
0,000345
DSTL1
0
22
cuadrado
30X2
Column
Overstressed
and See
WarnMsg
0,959404
DSTL1
0
23
cuadrado
30X2
Brace
No Messages
0,856297
DSTL1
959,56
Fuente: SAP2000.
Elaboración: Propia.
mm
165
3.4.
SELECCIÓN
DE
ELEMENTOS
NORMALIZADOS
Y
EXISTENTES PARA LA MÁQUINA TRANSPORTADORA DE
HUMUS DE LOMBRIZ.
La Normalización es un conjunto de reglas destinadas a especificar, unificar y
simplificar los distintos componentes de un conjunto de elementos.
3.4.1.
LISTADO DE ELEMENTOS NORMALIZADOS.
·
Motorreductor CYCLO, 1/2 HP, 60 HZ, 1750 - 20,1 r.p.m.
·
Polea SPB, de un canal, diámetro 112 mm.
·
Banda Trapezoidal B 50 x 1341 mm.
·
Cadena 62 – 12B simple: 62 – 12B1.
·
Catalina paso=3/4"; diámetro=115,8 mm; z=19 dientes.
·
Chumacera SKF SY 30 FM.
·
Pulsador on/off.
·
Pernos ISO 4014 M8X80.
·
Perno ISO 4017 M8X30.
·
Arandela ISO 7090-8.
·
Tuerca ISO 4032 M8.
·
Perfil ISO 30x30x2; l= 6m.
·
Perfil en C de aluminio 40*75*2 mm, l=6400mm.
·
Plancha de metal 1220x2440x1 mm.
·
Banda Transportadora Nilón HR.
·
Eje Acero AISI-1018 d=30mm; l=500 mm.
·
Platina de acero ASTM A 36 PLT 25 x 4 mm.
166
3.5.
ELABORACIÓN DE PLANOS DE TALLER Y DE MONTAJE.
Una vez finalizado el diseño se realizan los correspondientes planos de taller y de
montaje. Estos planos se muestran en el Anexo O.
Los planos para la construcción se presentan de forma clara y cumpliendo con las
normas de dibujo, con todas las indicaciones necesarias para la construcción de
la máquina transportadora y clasificadora de humus.
167
CAPÍTULO IV
CONSTRUCCIÓN, MONTAJE Y PRUEBAS DE CAMPO
4.1.
PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN.
La construcción de la máquina transportadora y clasificadora de humus se debe
realizar en un taller mecánico industrial, en donde existan todos los equipos
necesarios parar la construcción de cada uno de los elementos que conforman la
máquina.
Los elementos que conforman la máquina transportadora y clasificadora de
humus se los construye de acuerdo con los planos de taller.
Un factor importante que se debe tomar en cuenta es el de obtener en el mercado
local la materia prima y los elementos que conforman la transportadora y
clasificadora de humus.
4.1.1. REQUERIMIENTOS PARA LA CONSTRUCCIÓN.
Para realizar la construcción de cada uno de los elementos que conforman la
máquina clasificadora de humus se requiere: máquinas, equipos, herramientas,
materiales, instrumentos, etc. Los que se detallan a continuación:
·
Máquinas y equipos.
·
Herramientas.
·
Instrumentos de medición y verificación.
·
Materia prima.
·
Elementos normalizados.
·
Elementos seleccionados.
·
Elementos a construir.
·
Hojas de procesos.
168
Los procesos de construcción son tales que la construcción de la máquina puede
realizarse en cualquier taller que tenga los equipos básicos; no es necesario
contar con equipos de alta tecnología; la construcción para esta máquina
básicamente incluye procesos de torneado, corte, soldadura, doblado y pintado.
4.1.1.1.
Máquinas y equipos.
Ø Dobladora.
Ø Cizalla.
Ø Fresadora.
Ø Esmeril.
Ø Torno.
Ø Soldadora eléctrica.
Ø Amoladora.
Ø Equipo de pintura.
Ø Taladro.
Ø Sierra alternativa.
Ø Compresor.
4.1.1.2.
Herramientas.
Ø Brocas.
Ø Útiles para tornear.
Ø Limas.
Ø Martillo.
Ø Llaves.
Ø Rayador.
Ø Sierra de Arco.
Ø Juego de destornilladores.
Ø Entenalla.
Ø Soplete.
Ø Tijera de tol.
Ø Playo de presión.
169
Ø Playo manual.
Ø Pinzas.
4.1.1.3.
Instrumentos de medición y verificación.
Ø Calibrador pie de rey.
Ø Compás.
Ø Nivel.
Ø Flexómetro.
Ø Escuadra.
4.1.1.4.
Materia Prima.
Ø Plancha de acero ASTM A 36 PL 1220x2440x3 mm.
Ø Perfil de acero estructural UPN 80.
Ø Plancha de acero ASTM A 36 PL1220x2440x0,5 mm.
Ø Eje Acero AISI-1018 - 70mm.
Ø Eje Acero AISI-1018 - 28,6mm*325mm.
Ø Eje Acero AISI-1018 - 52,4mm*33mm.
Ø Eje Acero AISI-1018 - 44,5mm*25mm.
Ø Placa Acero SAE 1010 - 340x915x5 mm.
Ø Tubo cuadrado de 30mm; e= 2mm; l= 6m
Ø Perfil en C de aluminio 40*75*2 mm, l=6400mm
Ø Plancha de metal 1220x2440x1 mm
Ø Banda Transportadora Nilón HR
Ø Eje de Acero AISI-1018 d=30mm ; l=500 mm
Ø Platina de acero ASTM A 36 PLT 25 x 4 mm.
4.1.1.5.
Elementos Normalizados.
Ø Arandelas planas.
Ø Arandelas de presión.
Ø Tornillos.
170
Ø Pernos.
Ø Tuercas.
Ø Chumaceras.
Ø Bandas.
Ø Cadenas.
4.1.1.6.
Elementos Seleccionados.
Ø Poleas.
Ø Motor eléctrico.
Ø Motorreductor.
Ø Catalinas.
Ø Banda transportadora de nilón HR.
Ø Mallas metálicas.
4.1.1.7.
Elementos a Construir.
Ø Bastidor móvil.
Ø Masa excéntrica.
Ø Eje de la máquina clasificadora de humus.
Ø Lengüetas.
Ø Soporte para la chumacera.
Ø Resortes.
Ø Apoyos de sustentación del bastidor móvil.
Ø Estructura del bastidor móvil.
Ø Tolva grano fino.
Ø Tolva grano medio.
Ø Tolva grano grueso.
Ø Eje de la máquina transportadora de humus.
Ø Cangilones.
Ø Tolva de carga.
Ø Estructura del sistema transportador de humus.
171
Las fotografías 4.1, 4.2, 4.3, 4.4, 4.5 y 4.6 se muestran los procesos constructivos
del prototipo.
Fotografía 4.1 Corte de tubos cuadrados para la máquina transportadora y clasificadora de
humus de lombriz.
Fotografía 4.2 Soldadura de la estructura de la máquina transportadora y clasificadora de
humus de lombriz.
172
Fotografía 4.3 Corte de la plancha para las tolvas de la máquina transportadora y
clasificadora de humus de lombriz.
Fotografía 4.4 Soldadura de la placa posterior de la máquina clasificadora de humus
173
Fotografía 4.5 Esmerilado de aristas vivas de las placas.
Fotografía 4.6 Taladrado de agujeros en los asientos soportes para las chumaceras.
174
4.1.1.8.
Hojas de Procesos.
Para la construcción de la transportadora y clasificadora de humus, es necesario
disponer de los procedimientos de fabricación de los diferentes elementos a
construirse.
En el Anexo L se presentan las hojas de procesos para la construcción de los
elementos que conforman el prototipo.
4.2.
PROCEDIMIENTO DE MONTAJE.
Para realizar el montaje del prototipo se considera la construcción previa de las
respectivas estructuras, el bastidor móvil, tolvas tanto para la carga, grano fino,
grano medio y grano grueso, ejes, masas excéntricas y demás elementos propios
de cada máquina; teniendo en cuenta las especificaciones establecidas en los
planos de construcción.
4.2.1. PROCEDIMIENTO DE MONTAJE PARA LA MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS.
A continuación se presenta la manera y secuencia de montaje de los diversos
elementos constitutivos de la máquina clasificadora de humus.
4.2.1.1.
Montaje de la Estructura de la Máquina Clasificadora de Humus.
Ø Seguir las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas de
procesos, realizando los cortes a medidas implantadas, ejecutando los
respectivos puntos de suelda y cordones de soldadura, comprobando en
cada uno de estos pasos las dimensiones, perpendicularidad, paralelismo y
estabilidad.
175
4.2.1.2.
Montaje de las Tolvas para Grano Fino y Grano Medio.
Ø Colocar respectivamente la tolva para grano fino y grano medio en la
estructura mediante la utilización de pernos de sujeción.
4.2.1.3.
Montaje del bastidor móvil.
Ø Armar el marco del bastidor móvil siguiendo las especificaciones
establecidas en los planos de taller y hojas de procesos, realizando los
cortes a las medidas implantadas, ejecutando los respectivos puntos de
suelda y cordones de soldadura, comprobando en cada uno de éstos
pasos las dimensiones, perpendicularidad, paralelismo y estabilidad.
Ø Ubicar y templar la malla para grano fino y la malla para grano medio sobre
la superficie inclinada del marco.
Ø Colocar el sujeta malla sobre las mallas anteriormente ubicadas.
Ø Realizar la sujeción de estos elementos mediante la utilización de pernos
de sujeción.
4.2.1.4.
Montaje de los asientos para los resortes.
Ø Colocar en cada uno de los soportes los respectivos asientos para los
resortes mediante cordones de soldadura.
Ø Verificar dimensionamiento, paralelismo, estabilidad y calidad de la unión
soldada.
4.2.1.5.
Montaje de los soportes de los asientos para los resortes.
Ø Colocar respectivamente los soportes con los asientos para los resortes en
la estructura y en el bastidor móvil, mediante cordones de soldadura.
Ø Verificar dimensionamiento, paralelismo, estabilidad y calidad de la unión
soldada.
176
4.2.1.6.
Montaje de la placa soporte posterior.
Ø Realizar el montaje de la placa soporte posterior, siguiendo los cortes y
perforaciones
a las medidas implantadas, ejecutando los respectivos
puntos de suelda y cordones de soldadura, comprobando en cada uno de
estos pasos las dimensiones, perpendicularidad, paralelismo y estabilidad.
Ø Colocar la placa soporte posterior en el bastidor móvil, mediante cordones
de soldadura.
4.2.1.7.
Montaje de los resortes.
Ø Colocar los resortes en los respectivos asientos, en la estructura de la
máquina clasificadora de humus, asegurándose que ingresen de la
manera, apriete y seguridad adecuada.
Ø Montar el bastidor móvil sobre los resortes anteriormente fijados en la
estructura, introduciéndolos de la manera, apriete y seguridad adecuada.
4.2.1.8.
Montaje del mecanismo vibratorio.
Ø Ubicarla segunda masa excéntrica en el eje.
Ø Realizar la sujeción de la masa excéntrica al eje mediante un prisionero.
Ø Ubicar la primera y segunda chumacera en el eje, verificando la ubicación,
paralelismo y estabilidad.
Ø Realizar la sujeción de las chumaceras a la placa soporte del bastidor móvil
utilizando pernos de sujeción, siguiendo las especificaciones establecidas
en los planos de taller y hojas de procesos.
Ø Ubicarla primera y tercera masa excéntrica en el eje.
Ø Realizar la sujeción de las masas excéntricas al eje mediante prisioneros,
siguiendo las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas
de procesos.
Ø Acoplar la polea en el eje mediante el uso de un prisionero, siguiendo las
especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas de procesos.
Ø Colocar la banda.
177
4.2.1.9.
Montaje del sistema motriz.
Ø Acoplar la polea en el eje del motor mediante el uso de un prisionero.
Ø Verificar la alineación de las poleas para ubicar el motor en la placa soporte
posterior del bastidor móvil.
Ø Anclar el motor utilizando pernos de sujeción.
Ø Templar la banda.
4.2.1.10. Montaje de la tolva para grano grueso.
Ø Colocarla tolva para grano grueso en el extremo delantero del bastidor
móvil, por medio de cordones de soldadura.
4.2.2. PROCEDIMIENTO DE MONTAJE PARA LA MÁQUINA
TRANSPORTADORA DE HUMUS.
A continuación se presenta la manera y secuencia de montaje de los diversos
elementos constitutivos de la máquina transportadora de humus.
4.2.2.1.
Montaje de la Estructura de la Máquina Transportadora de Humus.
Ø Seguir las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas de
procesos, realizando los cortes a medidas implantadas, ejecutando los
respectivos puntos de suelda y cordones de soldadura, comprobando en
cada uno de estos pasos las dimensiones, perpendicularidad, paralelismo y
estabilidad.
4.2.2.2.
Montaje de los asientos de la chumacera.
Ø Ubicar cada asiento de chumacera en el sitio correspondiente de la
estructura de la transportadora de humus, mediante pernos de sujeción
siguiendo las especificaciones establecidas en los planos de taller y hojas
178
de procesos, comprobando en cada uno de estos las dimensiones,
perpendicularidad, paralelismo y estabilidad.
4.2.2.3.
Montaje de la cubierta inferior.
Ø Colocar la cubierta inferior en la estructura de la transportadora de humus,
mediante
cordones
de
soldadura,
siguiendo
las
especificaciones
establecidas en los planos y en la hoja de procesos.
4.2.2.4.
Montaje de la tolva de carga.
Ø Colocar la tolva de carga en el extremo delantero de la estructura de la
máquina transportadora de humus, por medio de cordones de soldadura,
siguiendo las especificaciones establecidas en los planos y en la hoja de
procesos.
4.2.2.5.
Montaje de los cangilones en la banda de nylon.
Ø Colocar respectivamente cada uno de los cangilones en la banda de nylon
previamente elaborada, mediante la utilización de pernos de sujeción.
4.2.2.6.
Montaje de los ejes, chumaceras y de la banda transportadora con
cangilones.
Ø Ubicar los ejes dentro de la banda transportadora con cangilones.
Ø Templar la banda de cangilones.
Ø Colocar las chumaceras en cada uno de los extremos de los ejes,
verificando la ubicación, paralelismo y estabilidad.
Ø Realizar la sujeción de las chumaceras a los asientos de las mismas,
utilizando pernos de sujeción, siguiendo las especificaciones establecidas
en los planos de taller y hojas de procesos.
179
4.2.2.7.
Montaje de la polea en el eje motriz.
Ø Acoplar la polea en el eje motriz mediante el uso de una lengüeta.
Ø Colocar la banda.
Ø Verificar alineación de la polea.
4.2.2.8.
Montaje del sistema motriz.
Ø Acoplar la polea en el eje del motor mediante el uso de unalengüeta.
Ø Verificar la alineación de las poleas para ubicar el motor en la estructura.
Ø Anclar el motor utilizando pernos de sujeción.
Ø Templar las bandas.
4.2.2.9.
Montaje del sistema de transmisión por cadenas de rodillos.
Ø Acoplar las catalinas en los tres ejes mediante el uso de prisioneros.
Ø Verificar la alineación de las catalinas para ubicar la cadena.
Ø Colocar la cadena en las catalinas.
4.3.
EJECUCIÓN DE PROCEDIMIENTOS.
Para la ejecución de procedimientos se debe tener información del prototipo
construido; dicha información es proporcionada por:
·
Planos de taller y de montaje,
·
Hojas de procesos, y
·
Procedimiento de construcción y montaje.
La ejecución de procedimientos se realiza para poner a trabajar las máquinas, sin
y con carga, y verificar el cumplimiento de la cantidad de humus clasificado,
además de chequear el funcionamiento de cada elemento que conforma el
prototipo.
Almacenamiento de la materia prima.
Transportar el humus en carretilla, desde las camas
hacia la máquina trasportadora y clasificadora.
Encender las máquinas.
Verificar el funcionamiento de las máquinas sin
carga.
Colocar los saquillos vacios de 35 kg en cada una de
las tolvas.
Colocar el humus en la tolva de carga de la máquina
transportadora.
1
2
3
4
6
5
Descripción
Nº
Proceder: Inspección visual, preparar, cortar, tejer,
ensamblar, armar, chequear, entregar
SECCIÓN: ALMACENAMIENTO, CLASIFICACIÓN, CONTROL E
INSPECCIÓN.
ACTIVIDAD: M.1.2.3 CLASIFICACIÓN DE HUMUS
SUBPROCESO: M.1.2 CLASIFICACIÓN DE HUMUS
Tiempo (min.)
SIMBOLOGIA
Almacenamiento
Inspección
Espera
Transporte
Actividad
Operación
Resumen
3.00
0.20
15.00
0.15
5.00
0.00
Tiempo
(min)
103.1
5
40
-----
15
8.55
Genera
FORMULARIO DE EJECUCIÓN DE PROCEDIMIENTOS
PROCESO : M.1 CLASIFICACIÓN DE HUMUS
Nº 001
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
Firma
Responsable 2
Verificar las instalaciones
eléctricas.
Observaciones
Finaliza: Entregado a sección.
Inicia: Almacenamiento de la
materia prima
T.P.
Firma
Responsable 1
CÓDIGO:M.
1.2.3
Pág.: 1 de 1
Responsable:1)Pablo Martínez
2) Luis Preciado
180
Verificar el funcionamiento de las máquinas con
carga.
Realizar una inspección del tamaño de grano del
producto clasificado.
Retirar cada uno de los saquillos de 35 kg llenos.
Colocar los saquillos vacios de 35 kg en cada una de
las tolvas.
Transportar los saquillos llenos a bodega.
Almacenamiento en bodega del producto.
7
Si
Revisión
Mensual
Elaboración: Propia.
Fuente: Propia.
Frecuencia de
aplicación de
mantenimiento cada
año
11
12
9
10
8
Descripción
Nº
Ninguno
Materiales
Equipos y Herramientas
Requeridos
Carretilla y palas
Bandas,
chumaceras
, mallas,
pernos,
arandelas,
tuercas.
Repetir los pasos 9 y 10 cuantas
veces sea necesario
Observaciones
Repuestos
10.00
5.00
0.20
5.00
5.00
20.00
Tiempo
(min)
181
182
4.4.
PRUEBAS DE CAMPO.
Una vez construida la máquina transportadora y la máquina clasificadora de
humus de lombriz se realizan las Pruebas de Campo utilizando el Protocolo
descrito en el numeral 2.7.
En la fotografía 4.7 se muestra las Pruebas de Campo realizadas al prototipo.
Fotografía 4.7 Pruebas de Campo realizadas al prototipo.
183
4.4.1. CORRIDA DE PRUEBAS.
La respectiva corrida de pruebas se encuentra en el anexo Q.
4.4.2. RESULTADOS.
De las pruebas se obtienen los siguientes resultados:
·
Las dimensiones globales del prototipo son aceptables, ya que se
encuentran dentro del rango de las dimensiones de diseño.
·
Los componentes principales se encuentran en buenas condiciones para
que el prototipo inicie su funcionamiento de manera normal.
·
La capacidad de clasificación de humus en una hora es de 1800 [kg/h].
4.4.3. ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Los elementos constituyentes del prototipo, se hallan en buenas condiciones y
están aptos para entrar en pleno funcionamiento.
El prototipo posee las dimensiones adecuadas, ya que se halla dentro de las
medidas establecidas en los parámetros de diseño, con lo cual el factor espacio
no se ve afectado.
La capacidad de clasificación de humus de lombriz es superior a la planteada en
el diseño, con lo cual se asegura el pleno funcionamiento y trabajo por parte del
prototipo.
184
CAPÍTULO V
ANÁLISIS ECONÓMICO DEL PROYECTO
5.1.
INTRODUCCIÓN.
El análisis económico, tiene por objetivo determinar el monto de los recursos
económicos necesarios para la realización del proyecto.
El análisis económico se lo realiza tomando en cuenta los costos directos y los
costos indirectos.
Para determinar el costo total directo se considera los costos parciales de:
·
Materiales directos.
·
Elementos normalizados.
·
Costos de maquinado.
·
Costos de montaje.
De manera similar para determinar el costo total indirecto se considera los costos
parciales de:
·
Materiales indirectos.
·
Costos de ingeniería.
·
Gastos imprevistos.
Para determinar el costo total de la máquina transportadora y clasificadora de
humus de lombriz se suma el total de los costos directos con los costos indirectos.
185
5.2.
COSTO
DE
CONSTRUCCIÓN
DE
LA
MÁQUINA
CLASIFICADORA DE HUMUS.
Para realizar el análisis es preciso cotizar los precios de todos los componentes
que se utilizan en el desarrollo de la máquina, como también todos aquellos
agentes directos e indirectos que intervienen en la fabricación del mismo.
5.2.1. COMPONENTES DE LA UNIDAD CLASIFICADORA DE
HUMUS
·
Tamices.
·
Cajón Tamizador
·
Resortes
·
Estructura
·
Tolvas
·
Asiento de los resortes
·
Soporte de los asientos
·
Motor
·
Chumaceras
·
Eje
·
Bandas y poleas, etc.
5.2.2. PERSONAL REQUERIDO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA
MÁQUINA
Para la construcción de la Unidad Clasificadora de Humus se requiere personal
hábil y con conocimientos en máquinas herramientas, como también en procesos
de producción, para el uso adecuado de las mismas.
186
·
Cerrajero
·
Soldador
·
Tornero
·
Doblador
·
Otros Operarios
5.2.3. COSTOS DIRECTOS.
5.2.3.1.
Costos de Materiales Directos.
Se denominan materiales directos a la materia prima que se utiliza para construir
los elementos que conforman la máquina. Los costos de los materiales directos se
indican en la tabla 5.1.
Tabla 5.1 Costos de Materiales Directos.
COSTO DE MATERIALES DIRECTOS
Costo
[USD]
Materiales
Cantidad
Precio unitario
Tamiz grado 2mm
1 m2
4,50usd/m2
4,50
2
2
3,50
78,94
50,0
54,40
12,10
39,31
36,67
6,65
26,37
Tamiz grado 4mm
Plancha de acero 1220x2440x3 mm
Perfil de acero estructural UPN 80
Plancha de acero 1220x2440x0,5 mm
Eje Acero AISI-1018 - 70mm
Eje Acero AISI-1018 - 28,6mm*325mm
Eje Acero AISI-1018 - 52,4mm*33mm
Eje Acero AISI-1018 - 44,5mm*25mm
Placa Acero SAE 1010 - 340x915x5 mm
1m
1
2
1
5,6 kg
18,2 kg
14,16 kg
3,08 kg
12,21 kg
3,50 usd/m
78,94
25 usd
54,40 usd
2,16 usd/kg
2,16 usd/kg
2,59 usd/kg
2,16 usd/kg
2,16 usd/kg
SUBTOTAL
Fuente: NOVACERO, DIPAC, ACEROS BÖHLER.
Elaboración: Propia.
312,44
187
5.2.3.2.
Costos de Elementos Normalizados.
Son aquellos elementos que son de libre comercialización en el mercado y no
necesitan ser alterados para su uso. Los costos de los elementos normalizados se
muestran en la tabla 5.2.
Tabla 5.2 Costos de Elementos Normalizados.
ELEMENTOS NORMALIZADOS Y EQUIPOS
Precio unitario
Elementos
Cantidad
[USD]
Motor WEG 0.5 hp 1750
1
98
Polea de un canal diam. 3''
1
2,8
Polea de un canal diam. 5''
1
6,4
Banda en V Trapezoidal A 22x 617 mm
1
7
Chumacera SKF SY25FM
2
31
Pernos, arandelas y tuercas
41
0,1
Pulsador on/off
1
5,65
SUBTOTAL
Costo
[USD]
98,00
2,80
6,40
7,00
62,00
4,10
5,65
185,95
Fuente: UNIFER, HIVIMAR, SERTEC, LA CASA DEL PERNO.
Elaboración: Propia.
5.2.3.3.
Costos de Maquinado.
Este costo tiene que ver con el valor respecto a la mano de obra directa empleada
en las máquinas herramientas y equipamiento eléctrico. Los costos de maquinado
se presentan en la tabla 5.3.
Tabla 5.3 Costos de Maquinado.
COSTO DE MAQUINADO Y MANO DE OBRA
Proceso
Cortado
Soldado
Amolar
Cizalla
Tiempo
Costo/ Hora
[usd/h]
1
10,2
0,5
2
5
9
5
5
Costo Total
[usd]
5,00
91,80
2,50
10,00
…/
188
Tabla 5.3 Costos de Maquinado (Continuación).
COSTO DE MAQUINADO Y MANO DE OBRA
4
12,00
Doblado
3
10
114,00
Torneado
11,4
11,4
70,68
Fresado
6,2
Pintado
----20,00
5,5
9,35
Taladrado
1,7
3,5
1,05
Esmerilado
0,3
SUBTOTAL
336,38
Fuente: FRAMADE.
Elaboración: Propia.
5.2.3.4.
Costos de Montaje.
Estos costos están relacionados con la mano de obra necesaria para el armado y
ensamblado de cada una de las partes y la máquina. Para el montaje, se
considera el trabajo de 2 personas durante 2 días a un costo de $25
diarios/trabajador, resultando un costo total de $100.
5.2.3.5.
Costo Directo Total.
En la tabla 5.4 se indica la cantidad total del costo directo.
Tabla 5.4 Costo Directo Total.
COSTO DIRECTO TOTAL DE LA UNIDAD CLASIFICADORA
COMPONENTE DEL COSTO
Costo Materia prima
Costo Elementos Normalizados y Equipos
Costo Maquinado y Mano de Obra
Costo de Montaje
SUBTOTAL
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
VALOR [USD]
312,44
185,95
336,38
100,00
934,77
189
5.2.4. COSTOS INDIRECTOS.
5.2.4.1.
Costos de Materiales Indirectos.
Los costos de materiales indirectos se indican en la tabla 5.5.
Tabla 5.5 Costos de Materiales Indirectos.
Material
Cantidad
Valor Unitario
[USD]
Valor Total
[USD]
Electrodo 6011-1/8" (kg)
Lija para hierro
Pintura anticorrosiva
(gal)
Thiñer (l)
Guaype
Varios
1
10
3,90
0,50
3,90
5,00
2
20,34
40,68
1
10
------
1,50
0,20
5,00
Subtotal
1,50
2,00
5,00
58,08
Fuente: ELECTROCOMERCIAL, UNIFER.
Elaboración: Propia.
5.2.4.2.
Costos de Ingeniería.
Corresponde al costo debido al tiempo que los ingenieros han dedicado para el
diseño de la máquina. Constituye el valor económico del ingeniero para diseñar y
seleccionar los elementos de la máquina.
El tiempo necesario es de aproximadamente 160 horas, por lo tanto el costo por
diseño es: 300 dólares.
5.2.4.3.
Gastos Imprevistos.
Se relacionan principalmente con los costos de movilización de las personas y
transporte de materiales. Se estima estos costos aproximadamente en 40 USD.
190
5.2.4.4.
Costo Total Indirecto.
En la tabla 5.6 se indica la cantidad total del costo indirecto.
Tabla 5.6 Costo Total Indirecto.
Componente del Costo
Materiales Indirectos
Costo de Ingeniería
Gastos Imprevistos
Subtotal
Valor
[USD]
58,08
300
40
398,08
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
5.2.5. COSTO TOTAL DE LA MÁQUINA CLASIFICADORA.
Resulta de la suma de los costos directos con los costos indirectos, estos valores
se indican en la tabla 5.7.
Tabla 5.7 Costo Total de la Máquina Clasificadora.
Componente del Costo
Costos Directos
Costos Indirectos
Total
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
Valor [USD]
934,77
398,08
1332,85
191
5.3.
COSTO
DE
CONSTRUCCIÓN
DE
LA
MÁQUINA
TRANSPORTADORA DE HUMUS.
Para realizar el análisis es preciso cotizar los precios de todos los componentes
que se utilizan en el desarrollo de la máquina, como también todos aquellos
agentes directos e indirectos que intervienen en la fabricación del mismo.
5.3.1. COMPONENTES DE LA UNIDAD TRANSPORTADORA DE
HUMUS
·
Placa para guía del motorreductor.
·
Pernos, tuercas y arandelas.
·
Polea de un canal.
·
Catalinas.
·
Cadena 62–12B1.
·
Motorreductor.
·
Estructura
·
Caja de alimentación.
·
Cangilones.
·
Banda transportadora.
·
Chumaceras.
·
Eje motriz.
·
Eje conductor.
·
Eje de retorno.
·
Banda en V trapezoidal, B50 x 1341,12.
·
lengüeta.
5.3.2. PERSONAL REQUERIDO PARA LA CONSTRUCCIÓN DE LA
MÁQUINA
Para la construcción de la Unidad Transportadora de Humus se requiere personal
hábil y con conocimientos en máquinas herramientas, como también en procesos
de producción, para el uso adecuado de las mismas.
192
·
Cerrajero
·
Soldador
·
Tornero
·
Doblador
·
Otros Operarios
5.3.3. COSTOS DIRECTOS.
5.3.3.1.
Costos de Materiales Directos.
Se denominan materiales directos a la materia prima que se utiliza para
construirlos elementos que conforman la máquina. Los costos de los materiales
directos se muestran en la tabla 5.8.
Tabla 5.8 Costos de Materiales Directos.
COSTO DE MATERIALES DIRECTOS
4u
Precio
unitario
8,43 usd
Costo
[USD]
33,72
1u
19,70 usd
19,70
1u
1u
3 kg
1
61,58 usd
60,00 usd
2,16 usd/kg
7,50 usd
61,58
60,00
6,48
7,50
SUBTOTAL
188,98
Materiales
Cantidad
Tubo cuadrado de 30mm; e= 2mm; l= 6m
Perfil en C de aluminio 40*75*2 mm,
l=6400mm
Plancha de metal 1220x2440x1 mm
Banda Transportadora Nilón HR
Eje Acero AISI-1018 d=30mm ; l=500 mm
Platina de acero ASTM A 36 PLT 25 x 4 mm.
Fuente: NOVACERO, DIPAC, ACEROS BÖHLER.
Elaboración: Propia.
5.3.3.2.
Costos de Elementos Normalizados.
Son aquellos elementos que son de libre comercialización en el mercado y no
necesitan ser alterados para su uso. Los costos de los elementos normalizados se
muestran en la tabla 5.9.
193
Tabla 5.9 Costos de Elementos Normalizados.
Materiales Normalizados y Equipos
Cantida
Precio
Materiales
d
unitario
Motorreductor CYCLO, 1/2 HP, 60 HZ, 1750 1
208,00
20,1RPM
Polea SPB, de un canal, diámetro 112 mm
2
5,80
Banda Trapezoidal B 50 x 1341 mm
1
12,00
Cadena 62 – 12B simple: 62 – 12B1
2
22,00
Catalina paso=3/4"; diámetro=115,8 mm; z=19
3
13,50
dientes
Chumacera SKF SY 30 FM
6
33,00
Pernos, arandelas y tuercas
76
0,07
Pulsador on/off
1
5,65
SUBTOTAL
Costo
[USD]
208,00
11,60
12,00
44,00
40,50
198,00
5,32
5,65
525,07
Fuente: UNIFER, HIVIMAR, SERTEC, LA CASA DEL PERNO.
Elaboración: Propia.
5.3.3.3.
Costos de Maquinado.
Este costo tiene que ver con el valor respecto a la mano de obra directa empleada
en las máquinas herramientas y equipamiento eléctrico. Los costos de maquinado
se presentan en la tabla 5.10.
Tabla 5.10 Costos de Maquinado.
Costo de Maquinado y Mano de Obra
Proceso
Cortado
Soldado
Amolar
Cizalla
Doblado
Torneado
Fresado
Pintado
Tiempo
Costo/ Hora
[usd/h]
1
10
0,5
0,3
1
5
0,5
….
5
9
5
5
4
10
11,4
….
Costo Total
[usd]
5,00
90,0
2,50
1,50
4,00
50,0
5,70
10,00
…/
194
Tabla 5.10 Costos de Maquinado (Continuación).
Costo de Maquinado y Mano de Obra
5,5
8,80
Taladrado
1,6
3,5
0,70
Esmerilado
0,2
SUBTOTAL
178,20
Fuente: FRAMADE.
Elaboración: Propia.
5.3.3.4.
Costos de Montaje.
Estos costos están relacionados con la mano de obra necesaria para el armado y
ensamblado de cada una de las partes y la máquina. Para el montaje, se
considera el trabajo de 2 personas durante 2 días a un costo de $25
diarios/trabajador, resultando un costo total de $100.
5.3.3.5.
Costo Directo Total.
En la tabla 5.11 se indica la cantidad total del costo directo.
Tabla 5.11 Costo Directo Total.
COSTO DIRECTO TOTAL DE LA UNIDAD CLASIFICADORA
COMPONENTE DEL COSTO
Costo Materia prima
Costo Elementos Normalizados y Equipos
Costo Maquinado y Mano de Obra
Costo de Montaje
SUBTOTAL
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
VALOR [USD]
188,98
525,07
178,20
100,00
992,25
195
5.3.4. COSTOS INDIRECTOS.
5.3.4.1.
Costos de Materiales Indirectos.
Los costos de materiales indirectos se muestran en la tabla 5.12.
Tabla 5.12 Costos de Materiales Indirectos.
Material
Cantidad
Electrodo 6011-1/8" (kg)
Lija para hierro
Pintura anticorrosiva (gal)
Thiñer (l)
Guaype
Varios
1
10
1
1
10
------
Valor Unitario
[USD]
3,90
0,50
20,34
1,50
0,20
5,00
Subtotal
Valor Total
[USD]
3,90
5,00
20,34
1,50
2,00
5,00
33,24
Fuente: ELECTROCOMERCIAL, UNIFER.
Elaboración: Propia.
5.3.4.2.
Costos de Ingeniería.
Corresponde al costo debido al tiempo que los ingenieros han dedicado para el
diseño de la máquina. Este costo constituye el valor económico del ingeniero para
diseñar y seleccionar los elementos de la máquina.
El tiempo necesario para el diseño es de aproximadamente 60 horas, por lo tanto
el costo por diseño es: 300 dólares.
5.3.4.3.
Gastos Imprevistos.
Se relacionan principalmente con los costos de movilización de las personas y
transporte de materiales. Se estima estos costos aproximadamente en 40 USD.
5.3.4.4.
Costo Total Indirecto.
En la tabla 5.13 se indica la cantidad total del costo indirecto.
196
Tabla 5.13 Costo Total Indirecto.
Componente del Costo
Materiales Indirectos
Costo de Ingeniería
Gastos Imprevistos
Subtotal
Valor
[USD]
33,24
300,00
40,00
373,24
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
5.3.5. COSTO TOTAL.
Resulta de la suma de los costos directos con los costos indirectos, estos valores
se indican en la tabla 5.14.
Tabla 5.14 Costo Total de la Máquina Transportadora.
Componente del Costo Valor [USD]
Costos Directos
992,25
Costos Indirectos
373,24
Total
1365,49
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
5.4.
COSTO TOTAL DEL PROYECTO.
Resulta de la suma del costo total de la máquina clasificadora más los costos
totales de la máquina transportadora, estos valores se indican en la tabla 5.15.
Tabla 5.15 Costo total del Prototipo.
Componente del Costo
Valor [USD]
Costos Total Máquina Clasificadora
1332,85
Costos Total Máquina Transportadora
1365,49
Total
2698,34
Fuente: Propia.
Elaboración: Propia.
197
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
CONCLUSIONES.
En el diseño y construcción de la máquina clasificadora y transportadora de
humus de lombriz, se presentan las conclusiones que se detallan de la siguiente
manera:
·
Al finalizar el prototipo se cumple con el objetivo principal de diseñar y
construir una máquina clasificadora y transportadora de humus de lombriz,
la misma que satisface los parámetros funcionales y requerimientos
operacionales planteados al inicio de este trabajo.
·
El diseño de la máquina clasificadora y transportadora de humus de
lombriz permite ayudar al lombricultor en su tarea diaria de manera sencilla
y práctica. Aportando de ésta manera al sector de la pequeña industria con
un prototipo funcional y eficiente.
·
El prototipo diseñado y construido garantiza el clasificado del humus de
lombriz en tres tipos de granos (grueso, medio y fino).
·
En el país, específicamente en el área agroindustrial, no existe la
preocupación ni el interés para diseñar y construir maquinaria para el
clasificado y transporte de abonos orgánicos, como es el caso del humus
de lombriz.
·
El diseño y construcción del prototipo es tal que permite su montaje y
desmontaje fácilmente.
·
El funcionamiento puede ser controlado por cualquier persona, no se
requiere personal calificado.
·
La investigación de campo es de gran aporte para la realización del
presente proyecto.
·
Se ha logrado diseñar y construir una máquina con un costo total
relativamente barato en comparación a lo que existe en el mercado, ya que
la mayor parte es maquinaria importada; de manera que se puede pensar
en la producción en serie de esta máquina para entrar a competir en el
mercado.
198
·
En caso de diseñar y construir la máquina de similares características pero
de capacidad diferente se debe considerar los cálculos correspondientes a
la transportadora y al tamaño del cajón tamizador.
·
El diseño y desarrollo de un proyecto, involucra la realización de un
sinnúmero de tareas, las cuales deben tener un orden y una concordancia,
de esto depende en gran medida que el trabajo concluya exitosa y
favorablemente.
·
El prototipo cumple satisfactoriamente con el trabajo para el cual fue
diseñado y construido, lo que demuestra que todos los conocimientos
teóricos y prácticos adquiridos en la Facultad de Ingeniería Mecánica de la
Escuela Politécnica Nacional, son indispensables para el desenvolvimiento
profesional a gran nivel ante los problemas y necesidades que presenta la
sociedad.
199
RECOMENDACIONES.
·
Poner énfasis en la precisión de las dimensiones, en la construcción de los
elementos de acople, de tal forma que no existan problemas al ensamblar
el prototipo.
·
Para alargar la vida útil de la máquina se debe seguir las recomendaciones
de uso y operación de máquinas industriales.
·
Las bandas deben estar tensadas lo suficiente para evitar pérdidas de
transmisión de potencia.
·
Realizar un mantenimiento general de la máquina de forma periódica para
evitar que los elementos sufran desgastes prematuros, fallas y/o rupturas.
·
Se recomienda que en el momento del funcionamiento de la máquina
tamizadora se verifique con anterioridad que los agujeros del tamiz no
estén obstruidos.
·
Se recomienda no trabajar con humus mojado, ya que esto dificulta el paso
por los tamices.
·
Al momento de funcionar la máquina se debe asegurase que este asentada
sobre una superficie nivelada
200
BIBLIOGRAFÍA
1. SHIGLEY, Joseph; Manual de Diseño Mecánico; 4 aEd; Editorial McGraw
Hill; México-México; 1989.
2. NORTON, Robert; Diseño de Maquinaria; 2a Ed; Editorial McGraw Hill;
México-México; 2000.
3. SUQUILANDA, Manuel; Serie Agricultura Orgánica; 1a Ed; Editorial Fundagro;
Quito-Ecuador; 1995
4. VARGAS, Jaime; Guía de los Fundamentos de Dibujo Industrial; E.P.N.;
Facultad de Ingeniería Mecánica; Quito-Ecuador; 2008.
5. VARGAS, Jaime; Producción por Virutaje; E.P.N.; Facultad de Ingeniería
Mecánica; Quito-Ecuador; 2008.
6. LARBURU, A.; Prontuario de máquinas; Editorial Paraninfo; 5 a edición;
Bilbao – España; 1993.
7. Norma: NMZ-FF-109-SCFI-2007; Humus de lombriz (lombricomposta)Especificaciones y métodos de prueba; México; 2008.
8. MARKS; Manual del Ingeniero Mecánico; Editorial McGraw-Hill; México.
9. AISC, Manual of Steel Construction, Eighth edition, 1980.
10. S.K.F; Catalogo General; Editorial S.K.F; Italia 1982.
11. SILVA Francisco, OLIVO Christian; Diseño y construcción de una
clasificadora de café según la norma 286:2006; Ecuador; Quito; 2009.
12. GRANDA Jorge; Diseño y construcción de una clasificadora de áridos;
Ecuador; Quito; 1977.
13. ROMO Freddy, VIDAL Nelson; Diseño y construcción de una máquina
transportadora de Palma Africana; Ecuador; Quito; 1995.
14. GARCIA Héctor; Diseño y construcción de transporte continuo de
capacidad de 500 kg/h; Ecuador; Quito; 2010.
201
CONSULTAS WEB
http://www.humussell.com.mx/clientes.htm
http://hosting.udlap.mx/estudiantes/daniela.vegamz/IS_118/Tarea_Satelite_Parte_
1/Tarea_Satelite_1era_Parte.html
http://www.minhobox.com.br/duvida-jm49.htm
http://business.fortunecity.com/moo/448/obtencion.htm
http://descom.jmc.utfsm.cl/sgeywitz/procesos/CINTAS.htm
http://www.feriasaraucania.cl/UserFiles/File/humus.pdf
https://www.e-seia.cl/archivos/Anexo_3__Propiedades_del_Humus.pdf
http://www.emison.com/5105.htm
http://www.resol.com.br/Cartilha7/ManualCompostajeparaMunicipios.pdf
http://www.microemprendimientos.netfirms.com/MI000009lo.htm
http://www.manualdelombricultura.com
http://ecuadorextremo.com/provincias.htm
202
ANEXO A
CATÁLOGO DE SELECCIÓN DEL FACTOR DE
SERVICIO
203
Factor de servicio
Motores eléctricos:
· De corriente alterna
monofásicos
· Asincrónicas
· Jaula de ardilla de par normal
· De corriente contínua
bobinaje shunt
Motores a gas
Motores de combustión interna
policilíndricas
Motores eléctricos:
· De corriente alterna con par
de gran potencia
· De rotor bobinado y anillos
rozantes
· De corriente contínua
bobinaje compound
Motores monocilíndricos
Ejes de transmisión
Tomas de fuerza con embrague
Agitadores de líquidos
Ventiladores pequeños y
medianos
Bombas centrífugas.
1,0 a 1,2
1,1 a 1,3
Punzonadoras
Mezcladoras pequeñas y
medianas
Generadores
Compresores de tornillo
Cizallas
Prensas
Máquinas de imprenta
Cribas vibratorias
1,1 a 1,3
1,2 a 1,4
Elevadores
Compresores de
pistones
Maquinaria de
lavanderías
Bombas de pistones
Ventiladores grandes
Maquinaria textil
Máquinas herramientas
1,2 a 1,4
1,4 a 1,6
Malacates y huinches
Molinos
Chancadoras de
mandíbulas
Transportadora de correa
sinfin
1,3 a 1,5
1,5 a 1,8
Fuente: Catálogo Roflex de correas trapezoidales.
204
ANEXO B
GRÁFICA PARA LA SELECCIÓN DE
CORREAS DE TRANSMISIÓN DE POTENCIA
205
Fuente: Catálogo Roflex de correas trapezoidales.
206
207
ANEXO C
CATÁLOGO DE POLEAS
208
209
210
211
212
213
ANEXO D
MARKS STANDARD HANDBOOK FOR
MECHANICAL ENGINEERS
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
ANEXO E
CATÁLOGO DE ACEROS
(BÖLHER Y DIPAC)
225
226
227
228
229
ANEXO F
CATÁLOGO SKF DE RODAMIENTOS Y
CHUMACERAS
230
231
232
233
234
235
ANEXO G
TABLA DE ACEROS PARA RESORTES
236
237
ANEXO H
PROPIEDADES DEL HUMUS DE LOMBRIZ
238
239
240
ANEXO I
CATÁLOGO DE MOTORES Y
MOTORREDUCTORES
241
242
243
244
245
246
247
248
ANEXO J
CATÁLOGO DE CADENAS DE TRANSMISIÓN
249
250
251
252
253
254
255
ANEXO K
CATÁLOGO DE CATALINAS
256
257
258
ANEXO L
HOJAS DE PROCESOS
259
ANEXO M
PERNO DE ANCLAJE
260
261
262
263
264
ANEXO N
MANUAL DE INGENIERÍA DE LAS BANDAS
TRANSPORTADORAS, INTRALOX
265
266
267
268
269
270
271
ANEXO O
PLANOS
272
ANEXO P
ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE
SOLDADURA
(WPS)
273
ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS)
Nombre Compañía: EPN
PQR No.: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Según norma : AWS D1.3
Artìculo I.
No. Identificación: PMLP-01
Fecha: 2011-05-25
Realizado por: Pablo Martínez, Luis Preciado
Organización: EPN
Artículo II.
Técnica de soldadura
Junta Utilizada
Tipo de junta:
A tope
Abertura raíz:
2 mm (+ 0.4; 0.0 mm)
Talón:
N/A
Ángulo de ranura:N/A
Placa de respaldo:
si
no (
Preparar bisel:
si
no (
Método:
N/A
Proceso de soldadura: SMAW
Tipo de Soldadura:
Manual ( Semiautomática Automática 
Dos lados 
Soldadura a: Un lado(
no (
Cordón de respaldo: si 
Limpieza:
Pase 1:
Artículo III.
Metal Base
Especificación: Tubo cuadrado; ASTM A 36
Espesor:
2 mm
Dimensión del tubo: 30 x 30 mm
Artículo IV.
Amoladora y cepillo metálico
(grata)
Artículo V.
Metal de Aporte
Posición de Soldadura
Posición de Soldadura: 1G
Progresión: izquierda a derecha.
Técnica:
Un pase (
Varios pases 
Diámetro:
3.2 mm
Denominación AWS:
E 6010
Casa comercial:
LINCOLN
Denominación comercial: 5P +
Precalentamiento
N/A
Tiempo entre pases N/A
Artículo VI. Notas
· Verificar alineación de la junta
· Asegurar limpieza de las partes
Detalle de la Junta
Metal de aporte
No de
pase
Clase
Diámetro
(mm)
1
E 6010
3.2
Corriente
Tensión
Tipo y
Intensidad de trabajo
polaridad. (Amperios) (Voltios)
DC
+
105-120
22-27
Técnica de
Vel. De
soldadura
avance
(mm/min) oscilado recto
172,21
X
274
ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS)
Nombre Compañía: EPN
PQR No.: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Según norma : AWS D1.3
Artìculo I.
No. Identificación: PMLP-02
Fecha: 2011-05-25
Realizado por: Pablo Martínez, Luis Preciado
Organización: EPN
Artículo II.
Técnica de soldadura
Junta Utilizada
Tipo de junta:
De esquina.
Abertura raíz:
N/A
Talón:
N/A
Ángulo de ranura:N/A
Placa de respaldo:
si
no (
Preparar bisel:
si
no (
Método:
N/A
Artículo III.
Proceso de soldadura: SMAW
Tipo de Soldadura:
Manual( Semiautomática  Automática 
Dos lados 
Soldadura a: Un lado(
no (
Cordón de respaldo: si 
Limpieza:
Pase 1:
Metal Base
Especificación: Tubo cuadrado; ASTM A 36
Espesor:
2 mm
Dimensión del tubo: 30 x 30 mm
Artículo IV.
Metal de Aporte
Amoladora y cepillo metálico
(grata)
Artículo V.
Posición de Soldadura
Posición de Soldadura: 1G
Progresión: izquierda a derecha.
Técnica:
Un pase (
Varios pases 
Diámetro:
3.2 mm
Denominación AWS:
E 6010
Casa comercial:
LINCOLN
Denominación comercial: 5P +
Precalentamiento
N/A
Tiempo entre pases N/A
Artículo VI. Notas
· Verificar alineación de la junta
· Asegurar limpieza de las partes
Detalle de la Junta
Metal de aporte
No de
pase
1
Clase
E 6010
Diámetro
(mm)
3.2
Corriente
Tensión
Tipo y
Intensidad de trabajo
polaridad. (Amperios) (Voltios)
DC
+
105-120
22-27
Técnica de
soldadura
Vel. De
avance
(mm/min)
oscilado
155,17
X
recto
275
ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS)
Nombre Compañía: EPN
PQR No.: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Según norma : AWS D1.3
Artìculo I.
No. Identificación: PMLP-03
Fecha: 2011-05-25
Realizado por: Pablo Martínez, Luis Preciado
Organización: EPN
Artículo II.
Técnica de soldadura
Junta Utilizada
Tipo de junta:
De esquina.
Abertura raíz:
N/A
Talón:
N/A
Ángulo de ranura:N/A
Placa de respaldo:
si
no (
Preparar bisel:
si
no (
Método:
N/A
Artículo III.
Proceso de soldadura: GTAW
Tipo de Soldadura:
Manual( Semiautomática  Automática 
Dos lados 
Soldadura a: Un lado(
no (
Cordón de respaldo: si 
Limpieza:
Pase 1:
Metal Base
Especificación:
Espesor:
Dimensión perfil:
Perfil en C, aluminio
2 mm
40 x 75 mm
Artículo IV.
Metal de Aporte
Diámetro:
3.2 mm
Denominación AWS:
ER4043, 5%Si
Casa comercial:
AGA
Denominación comercial: ER4043, 5%Si
Artículo VI. Electrodo No Consumible
Diámetro:
2.5 mm
Denominación AWS:
EWTh2
Casa comercial:
AGA
Denominación comercial: EWTh2
Tipo de Afilado:
esfera.
Detalle de la Junta
Metal de aporte
No de
pase
Clase
Diámetro
(mm)
1
EWth2
3.2
Cepillo metálico
(grata)
Artículo V.
Posición de Soldadura
Posición de Soldadura: 1G
Progresión: Empuje: izquierda a derecha.
Técnica:
Un pase (
Varios pases 
Artículo VII.
Gas Utilizado
Gas utilizado:
Argón
Flujo:
10 litros/minuto
Precalentamiento
N/A
Tiempo entre pases N/A
Artículo VIII. Frecuencia
Frecuencia: 5000 Hz
Artículo VIII.
·
·
Notas
Verificar alineación de la junta
Asegurar limpieza de las partes
Corriente
Tensión
de
trabajo
Tipo y
Intensidad
(Voltios)
polaridad. (Amperios)
AC
105-120
26-28
Técnica de
soldadura
Vel. De
avance
(mm/min)
oscilado
113,92
X
recto
276
ESPECIFICACIÓN DEL PROCEDIMIENTO DE SOLDADURA (WPS)
Nombre Compañía: EPN
PQR No.: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
Según norma : AWS D1.3
Artìculo I.
No. Identificación: PMLP-04
Fecha: 2011-05-25
Realizado por: Pablo Martínez, Luis Preciado
Organización: EPN
Artículo II.
Técnica de soldadura
Junta Utilizada
Tipo de junta:
Filete
Abertura raíz:
N/A
Talón:
N/A
Ángulo de ranura:N/A
Placa de respaldo:
si
Preparar bisel:
si
Método:
N/A
Proceso de soldadura: SMAW
Tipo de Soldadura:
Manual( Semiautomática  Automática 
Dos lados (
Soldadura a: Un lado
Cordón de respaldo: si 
no (
Limpieza:
no (
no (
Pase 1 y 2:
Artículo III.
Metal Base
Especificación:
Espesor:
Largo:
Ancho:
Artículo IV.
Acero ASTM A 36
3 mm
N/A
N/A
Metal de Aporte
Artículo V.
Cepillo metálico
(grata)
Posición de Soldadura
Posición de Soldadura: 1G
Progresión: izquierda a derecha.
Técnica:
Un pase  Varios pases
Diámetro:
3.2 mm
Denominación AWS:
E 6010
Casa comercial:
LINCOLN
Denominación comercial: 5P +
(
Precalentamiento
N/A
Tiempo entre pases N/A
Artìculo VI. Notas
· Verificar alineación de la junta
· Asegurar limpieza de las partes
Detalle de la Junta
No de
pase
1
2
Metal de aporte
Clase
E 6010
E 6010
Diámetro
(mm)
3.2
3.2
Corriente
Tensión
de
trabajo
Tipo y
Intensidad
(Voltios)
polaridad. (Amperios)
+
DC
+
DC
105-120
105-120
22-27
22-27
Técnica de
soldadura
Vel. De
avance
(mm/min)
oscilado
305,3
305,3
X
X
recto
277
ANEXO Q
PRUEBAS DE CAMPO
278
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
PRUEBAS DE CAMPO
MÁQUINA:
TÉCNICOS:
CLASIFICADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ.
MARTÍNEZ OCAÑA PABLO HIPÓLITO.
FECHA:
HOJA: 1 de 2
2011 - 05 - 20
PRECIADO GUALÁN FRANKLIN LUIS
LUGAR:
TAMBOLOMA
PRUEBA Nº 1: VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES.
Aceptación
DIMENSIONES [mm]
SI
Largo total (1600)
Ancho total (880)
Altura total (850)
NO
X
X
X
PRUEBA Nº 2: VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES.
FUNCIONAMIENTO
ELEMENTO
Bueno
Motor eléctrico.
Tolvas.
Tamices.
Regular
Malo
X
X
X
X
Resortes.
PRUEBA Nº 3: TRABAJO EN VACÍO
Tiempo
[min]
10
20
30
40
50
60
Motor Eléctrico
Falla
No Falla
X
X
X
X
X
X
Tolvas
Falla
No Falla
X
X
X
X
X
X
Tamices
Falla
No Falla
X
X
X
X
X
X
Resortes
Falla
No Falla
X
X
X
X
X
X
279
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
PRUEBAS DE CAMPO
HOJA: 2 de 2
PRUEBA Nº 4: TRABAJO CON CARGA.
CLASIFICADO DEL HUMUS DE LOMBRIZ
Tiempo
[min]
10
20
30
40
50
60
Velocidad de
clasificado
Buena
X
X
X
X
X
X
Mala
Capacidad de
clasificado
[Kg]
300
300
300
300
300
300
OBSERVACIONES:
LA MÁQUINA PASÓ TODAS LAS PRUEBAS REALIZADAS, POR LO TANTO ES ACEPTADA.
RECOMENDACIONES:
FIRMA DE RESPONSABILIDAD:
PABLO MARTÍNEZ
LUIS PRECIADO
280
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
PRUEBAS DE CAMPO
MÁQUINA:
TÉCNICOS:
TRANSPORTADORA DE HUMUS DE LOMBRIZ.
MARTÍNEZ OCAÑA PABLO HIPÓLITO.
FECHA:
HOJA: 1 de 2
2011 - 05 - 20
PRECIADO GUALÁN FRANKLIN LUIS
LUGAR:
TAMBOLOMA
PRUEBA Nº 1: VERIFICACIÓN DE LAS DIMENSIONES PRINCIPALES.
Aceptación
DIMENSIONES [mm]
SI
Largo total (1600)
Ancho total (490)
Altura total (2000)
NO
X
X
X
PRUEBA Nº 2: VERIFICACIÓN DE LOS COMPONENTES PRINCIPALES.
FUNCIONAMIENTO
ELEMENTO
Bueno
Motor eléctrico.
Tolvas.
Tamices.
Regular
Malo
X
X
X
X
Resortes.
PRUEBA Nº 3: TRABAJO EN VACÍO
Tiempo
[min]
10
20
30
40
50
60
Banda de
Transmisión
Falla
No Falla
X
X
X
X
X
X
Motorreductor
Falla
No Falla
X
X
X
X
X
X
Banda
Transportadora
Ejes
Falla
No Falla
X
X
X
X
X
X
Falla
No Falla
X
X
X
X
X
X
281
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
PRUEBAS DE CAMPO
HOJA: 2 de 2
PRUEBA Nº 4: TRABAJO CON CARGA.
TRANSPORTE DEL HUMUS DE LOMBRIZ
Tiempo
[min]
10
20
30
40
50
60
Velocidad de
transporte
Buena
X
X
X
X
X
X
Mala
Capacidad de
transporte
[Kg]
300
300
300
300
300
300
OBSERVACIONES:
LA MÁQUINA PASÓ TODAS LAS PRUEBAS REALIZADAS, POR LO TANTO ES ACEPTADA.
RECOMENDACIONES:
FIRMA DE RESPONSABILIDAD:
PABLO MARTÍNEZ
LUIS PRECIADO